异军突起的新能源——页岩气
钟伯强
近年来发展迅速的页岩气，因其储量丰富、价格低廉且碳排放少，已有掀起新一轮“能源革命”之势，其大规模开发不仅将改变全球能源版图，甚至会对世界政经格局产生深远影响。预计到2030年天然气在世界一次能源结构中所占比例将从当前的23.8%提高到28%，超过石油成为世界第一大能源。
页岩气是常规天然气的替代能源，也是清洁环保能源。它与常规天然气成分一样（成分以甲烷为主），不同的是它吸附在页岩中。是从页岩层中开采出来的天然气。烃源岩中一部分烃运移至背斜构造中形成常规天然气，尚未逸散出的烃则以吸附或游离状态留存在暗色泥页岩或高碳泥页岩中形成页岩气。
与常规天然气相比，它分布范围广，埋藏浅，目前探明最浅的仅8米。开采周期较长，可开采30到50年，甚至更长时间，如美国的沃思堡盆地barnett页岩气田开采寿命达80～100年。因为大部分产气页岩分布范围广、厚度大且普遍含气，使得页岩气井能够长期地稳定产气。但页岩气储集层渗透率低，开采难度较大。
页岩气的形成和富集有着自身独特的特点。页岩气与深盆气、煤层气一样属于“持续式”聚集的非常规天然气。在页岩气的地质系统中，富含有机质的页岩既是系统的烃源层又是储层,也可能是盖层。页岩气存在形式主要以吸附气与游离气为主，形成机制可划分为生物成因、热成因及二者混合成因。页岩气的地质储量丰富，影响其成藏的因素主要有有机碳、有机质类型和成熟度、产层孔隙度、地层压力及裂缝发育程度等，同时还要兼顾各参数之间的联系。目前发现的具有商业价值的页岩气藏有机质类型以i-ii型为主，页岩中有机质丰度与页岩气产能之间有着良好的线性关系。但是页岩孔隙中的含水量和矿物组成的变化会影响这种线性关系。
页岩气分布
页岩气存在于几乎所有的盆地中，只是由于埋藏深度、含气饱和度等差别较大分别具有不同的工业价值。估算全球的非常规天然气资源量约923万亿立方米，其中近半数为页岩气（456万亿立方米），常规天然气资源量378万亿立方米。页岩气主要分布在北美、亚洲、太平洋地区与拉美。中国的页岩气资源量约为15万亿-30万亿立方米（按当前的消耗水平，这些储量足够中国使用300多年），与美国28.3万亿立方米大致相当，经济价值巨大。
页岩气的开发现状
全球的页岩气开发并不平衡。美国已进入页岩气开发的快速发展阶段，加拿大商业开采还处于起步阶段。
美国
美国进行页岩气开采大约有80多年历史。19世纪末，美国米歇尔能源及开发公司成功将水平钻井技术和水力压裂技术相结合，极大提高了深层页岩气的开采效率和盈利性，页岩气开采开始进入规模化和商业化发展阶段。2000-2010年间，美国页岩气干气产量由110亿立方米提高至1378亿立方米,全美页岩气井由2000年的2.8万口增加至2008年的超过4万口, 在天然气的消费中，页岩气的比例也从2000年的1%跃升到目前的30%。页岩气开发极大改善了美国天然气供应格局和能源安全状况，2009年美国首次超过俄罗斯成为世界第一大天然气生产国和资源国。随着技术的进步及探明储量的持续增加，未来页岩气开采将进入爆发式增长期，带动美国的天然气生产进入“黄金时代”。根据eia的测算，到2035年，美国页岩气产量预计将增至3885亿立方米，占天然气总产量的比重将提高到49%。而国际能源署的测算则更为乐观，认为至2035年美国非常规天然气（主要是页岩气）的产量有望达到6700亿立方米，占美国天然气总产量的比重将达到2/3。总体来看，未来美国页岩气产量的快速上升将有效抵补其他种类天然气逐步下降的开采量，并满足天然气需求的持续增加，不断降低美国天然气进口需求，预计美国将在2021年成为天然气净出口国。美国开发页岩气的成功除了先进技术的应用以外，还在于其丰富的可采储量、健全的激励制度、成熟的油田服务系统，以及完善的基础设施。
加拿大
加拿大是继美国之后第二个实现页岩气商业化开采的国家，2009年的产量已达到72亿立方米。数据显示，加拿大西部地区大约有156万至243万亿立方米页岩气的储量。
欧洲（除俄罗斯以外）
页岩气的可采资源量相对较低，但分布广泛，主要集中在波兰、法国、挪威、乌克兰和瑞典等国。波兰的页岩气可采资源量为欧洲之最。此外，德国、英国、西班牙等国也已开始开展页岩气研究和试探性开发，部分企业已着手商业性勘探开发。但在法国，由于担心页岩气的开采会对水资源管理带来较大负面影响，已暂时停止相关开采活动。
在亚太地区
中国和澳大利亚的页岩气储量都很丰富，正在开展资源调查与勘探。此外印度、印尼都已相继开始了对页岩气资源的调查与勘探。中国的开发刚刚起步，总体处于以资源评估与勘探为主的探索和准备阶段（具体情况见后）。
拉丁美洲
页岩气资源主要集中在阿根廷、墨西哥和巴西等国。目前道达尔、埃克森美孚等能源公司已经开始与阿根廷国内的石油公司合作，参与其国内矿区页岩气的开采。墨西哥的页岩气可采资源量位列世界第四， 2011年10月墨西哥北部与美交界处发现大规模页岩气田，预计该气田能满足墨西哥90多年的天然气需求。
中国的开发现状
中国的页岩气开发起步较晚，过去一直处于理论探索阶段。
2009年经过7年的勘测调查和反复研究，专家跑遍滇、黔、桂、湘、鄂、川、渝、陕等8省区，最终将优势区域锁定在重庆东南部，并确定了一条以綦江为起点，经万盛、南川、武隆、彭水、黔江、酉阳、秀山的开发路线。也就是说，中国页岩气开发将会从綦江起步，綦江有着独特的地理位置和资源优势，它处于云贵高原到四川盆地过渡区域，沉积地层齐全，页岩气埋藏浅，深度大概在200米到700百米之间，有利于开发。
2012年3月，中国国家能源局于发布了《页岩气发展规划（2011-2015年）》，根据该规划，中国计划在“十二五”期间，完成探明页岩气地质储量6000亿立方米，可采储量2000亿立方米，实现2015年页岩气产量65亿立方米，基本完成全国页岩气资源潜力的评估与勘探，为“十三五”打好基础，目标是到2020年力争达到页岩气年开采量为600亿-1000亿立方米。
国土资源部主要将页岩气藏的目标区域划分为南方（即扬子沿线：川渝、湘鄂、滇黔桂一带等）、华北、东北（松辽平原）、西北（包括吐哈盆地和鄂尔多斯盆地等）和青藏五大区域。
与美国不同，中国页岩气资源地质条件复杂、管网等配套基础设施不完善，不能像美国一样大量发展管道气。
中国页岩气资源分布特点有利于分布式应用
中国天然气管网稀疏，截止2010年底，中国天然气管道总长度约4.5万千米，而美国本土48个州管线长度达49万公里，中国管线建设相对滞后。但中国电网分布已经相当密集，通过采用分布式能源技术，利用页岩气就近发电，就近传输电能，就近利用可能是更有效的 发展方式。
“以气钻气”，电力自发自用。在试点区域内的能源利用方式进行整体规划和设计，只在初期的工程建设和勘探开采时，需要外部供燃油、电力等能源。当页岩气井开始出气后，直接利用自产的页岩气进行发电，为整个区域内提供照明和动力用电。在地面工程、勘探开采、污水处理、管网运输等各个环节提供自给自足的能源供应。在这方面我国鄂尔多斯盆地苏里格大气田的开发中己有成功经验。
目前我国有关页岩气的利用政策尚未出台，页岩气本质上是天然气，沿用常规天然气的应用路径实现商业化应用。按照天然气的应用方向，页岩气的途径主要有：城市燃气，工业燃料，天然气发电，天然气化工。其中城市燃气又可细分为居民生活用气、公共服务用气、商业用气、压缩天然气汽车用气，集中采暖用气等。国家政策对不同天然气利用方式采取不同的支持态度，2007年发改委发布的《天然气利用政策》，将我国天然气利用方向划分为优先类、允许类、限制类和禁止类。其中城市居民用气，公共服务设施用气，天然气汽车，分布式热电联产，以及热电冷三联供等被列为天然气利用的优先类。重要用电负荷中心且天然气供应充充足的地区，建设利用天然气调峰发电项目被列为允许类。
燃气冷热电三联供。借助分布式能源技术，因地制宜，实现燃气冷热电三联供，以天然气为主要燃料带动燃气轮机或内燃发电机组等燃气发电设备运行，产生的电力满足用户的电力需求，系统排出的废热通过余热锅炉或余热直燃机等余热回收利用设备向用户供热、供冷。经过能源的梯级利用使能源利用效率从常规发电系统的40%左右提高到80%左右，节省了大量的一次能源。
利用lng和cng方式。天然气汽车燃料的装载方式有压缩天然气（cng）、液化天然气（lng）和吸附天然气（ang）。现在，在世界各地使用的天然气汽车中，绝大多数为压缩天然气汽车，其中有单一燃料、双燃料、混合燃料和混合动力几种类型。天然气汽车对环境污染小、安全性高、动力和性能也不逊于汽油和柴油。现在天然气汽车的市场份额进入了一个迅猛增长的新阶段，预计从2008年的970万辆成倍增长至2015年的的1700万辆，lng和cng的市场潜力巨大。开采的页岩气通过lng和cng方式储存和运输能够绕开接入天然气管网的瓶颈，推动国内天然气在交通运输业中的普及应用。
页岩气在全球大规模商业开采仍面临多重制约
未来，两方面因素支持天然气需求保持持续增长。首先，环境保护和经济发展助推天然气需求快速增长。天然气使用过程中的co2排放量仅相当于石油的54%，煤的48%。其次，天然气价格持续走低的态势也刺激了天然气需求的持续增长。然而，诸多限制因素也使北美以外地区的页岩气发展将面临极大的不确定性。
首先，世界各国的地质条件存在极大差异，在美国获得成功的开采技术是否适用于其他国家仍存在疑问。其次，页岩气开发面临日益严重的环境损害担忧。虽然页岩气在使用过程中相对环保，但在生产过程中需要消耗大量的水资源，而且所采用的化学品可能对蓄水层造成污染。此外，地下爆破对地表也存在影响，比如空气、土壤和噪音污染，以及栖息地丧失等。上述环境问题已经引起环保组织和一些资源所在地民众的强烈反对。再次，天然气价格的持续低迷会打击企业的投资热情。当前在天然气价格低迷的环境下，页岩气市场快速发展主要得益于各国政府的优惠和补贴。如果气价持续低迷，必将限制基础设施建设和投资，影响盈利性。
