中国能源 ENERGY OF CHINA

能源互联网下的中俄北极能源开发与合作
何海洋,陈炳锦    来源:中外能源    时间:2020-08-12


摘 要 北极地区特殊的地理、地质、气候和环境等因素,使其拥有丰富的自然资源和重要的战略地位。俄罗斯北极地区面积辽阔、人口稀少、资源富集,开发潜力巨大,该地区技术可采的油气储量约合2900×108bbl油当量,占到北极所有油气发现总量的88.2%,潜在储量约为400×108bbl石油和43×1012m3天然气。此外,该地区可再生能源资源也十分丰富。在全球能源互联网的技术支撑和“一带一路”倡议的推动下,在俄罗斯北极地区建设以风能和太阳能为代表的大型清洁能源基地,通过特高压输电线路,实现电力的跨区域外送,是改善北极居民生活条件,促进北极绿色发展的重要途径。中俄互为最大邻国,俄罗斯丰富的自然资源与中国巨大的能源市场具有极强的互补性,将能源互联网的优势深入融合到中俄能源合作之中,共同开发俄罗斯北极地区的油气和可再生能源资源,建设大型清洁能源基地,铺设特高压输电线路,打造数字化能源交易系统,能源创新技术联合研究,制定和完善相关政策法规,开展深度能源合作,对于保障中国能源安全,促进俄罗斯经济发展,提高两国人民生活水平有着重大意义。

关键词 北极地区 能源互联网 油气资源 特高压输电 大型清洁能源基地 中俄互补

作者简介:何海洋,俄罗斯国立研究型大学(莫斯科动力学院)电力工程专业博士研究生,主要研究方向为新能源开发与利用。E-mail:oceanyang16@163.com

 

 

1前言

能源是人类社会发展的动力,能源的利用推动了科技进步和产业变革,改变了人类的生活方式。北极地区拥有丰富的能源资源,随着全球变暖的加剧,北极冰川正在快速消失,在科学保护该地区脆弱生态环境的同时,充分利用其丰富的资源助力人类发展成为一个重要课题。俄罗斯北极地区具有得天独厚的地理区位,以及种类众多且储量丰富的能源资源,在全球能源互联网技术的支撑下,在“一带一路”倡议的推动下,建设俄罗斯北极地区大型清洁能源基地,打造“冰上丝绸之路”,联合开发油气、可再生能源资源,实现中俄两国技术、资源、科研、金融等领域的深度合作,对于两国乃至世界发展具有重大意义。

2全球能源互联网及其对北极开发的意义

2.1全球能源互联网研究进展与实践

2.1.1全球能源互联网研究进展

能源互联网概念的孕育和提出始于20世纪70年代,巴克敏斯特·富勒 (Buckminster Fuller) 博士率先提出“全球能源互联网战略”的概念,随后学术界开始进一步研究这个概念。1986年彼得·梅森(Peter Meisen) 创立全球能源网络学会(Global Energy Network Institute,GENI),旨在研究巴克敏斯特·富勒博士的设想,他提出“将全球电力联网作为解决世界上诸多问题的第一要务”[1]。2004年3月,《建设能源互联网》一文在《经济学人》杂志发表,首次提出基于互联网的特征和技术建设能源互联网,拉开了现代能源互联网研究的序幕[2]

中国的能源互联网研究起步相对较晚,但发展却极为迅速。2014年,刘振亚提出建设“全球能源互联网”的理论构想,明确了“智能电网+特高压+清洁能源”的技术路线,确立了实施清洁替代和电能替代的发展思路[3]。2015年9月26日,习近平主席在联合国发展峰会上提出构建全球能源互联网的“中国倡议”[4]。2016年3月,全球能源互联网发展合作组织 (Global Energy Interconnection Development and Cooperation Organization, GEIDCO) 在中国北京正式成立,旨在推动构建全球能源互联网,以清洁和绿色方式满足全球电力需求。截至2019年4月,该组织的会员总数超过600家,遍布全球93个国家和地区,成立3年多来,开展了多项高层次会议交流,发布了许多重要研究成果,得到了联合国、欧盟、非盟等国际组织和俄罗斯、埃及、蒙古等国家的响应和好评,成为推动全球能源互联网建设和发展的重要力量[5]

2.1.2全球能源互联网的实践与规划

在全球能源互联网提出之前,一些区域性的能源互联网已经形成,比如覆盖美国、加拿大和墨西哥的北美联合电网,覆盖巴拿马、哥斯达黎加、洪都拉斯、尼加拉瓜、萨尔瓦多和危地马拉六国的中美洲电网,覆盖欧洲多数国家的欧洲互联电网,欧洲-北非互联电网,俄罗斯/独联体国家电网(IPS/UPS)等,这些区域性的能源互联网工程为建设全球能源互联网积累了宝贵的实践经验。

对于全球能源互联网如何建设,不同的研究者和组织有不同的设想和步骤。其中,全球能源互联网发展与合作组织的规划是:2025年加强各国国内电网互联,2035年基本实现各大洲洲内电网互联,2050年建成亚欧非和美洲主要联网通道,实现洲际互联,远期建设北极能源通道,全球形成“九纵九横”的“能源大动脉”,实现全球能源互联网[6]。图1展示了远期全球能源互联网的全景[7],其中北极地区是连接东西两端能源互联通道的枢纽,是全球能源互联网建设的关键区域。


 


2.2北极能源资源和开发现状

2.2.1北极概况

从地理意义上来说,北极地区指的是北极圈(北纬66°34′)以北的区域;从气候角度出发,七月平均10℃等温线以北的地区定义为北极地区。图2显示了基于气候角度定义的北极地区[8]

北极地区总面积为2100×104km2,其中陆地面积约为800×104km2,分别属于丹麦(格陵兰)、加拿大、美国、俄罗斯、挪威、冰岛、瑞典和芬兰8个环北极国家;主要海域有挪威海、巴伦支海、格陵兰海、东西伯利亚海、楚科奇海、白令海等。

北极地区现居住人口数量约400万,分布在环北极的8个国家中。其中俄罗斯的人口最多,约为200万,美国(阿拉斯加)约65万,挪威约46.9万,加拿大约12万,格陵兰(丹麦)约5.8万[9]

2.2.2北极资源与开发现状

由于特别的地理位置、独特的气候条件、特殊的地质构造等因素,北极地区蕴藏着巨大的资源,被称为“人类最后的聚宝盆”。据统计显示,北极地区已探明原油储量为1600×108bbl,俄罗斯和美国占到了总储量的94%以上[10],见图3;已探明天然气储量为16.57×106ft3(1ft3=0.0283m3,下同),俄罗斯占比94.75%(见图4),拥有绝对优势[11]

北极地区除拥有丰富的油气资源外,清洁的可再生资源也分布广泛,开发潜力巨大。风能资源技术可开发量约1000×108kW,约占全球陆上风能资源的20%[12];地热资源也十分丰富,已发现多处地热区,且呈现温度高、类型多、分布广等特点,具有极高的开发潜力。

北极油气开发需要高技术的装备和巨额的资金投入,同时需要兼顾环境保护的要求,进入门槛高,并非每一个北极国家都有实力进行开发。目前,规模化开发的油气矿藏区都位于北冰洋沿岸的大陆架,主要包括俄罗斯西西伯利亚-楚科奇油气区、蒂曼-伯朝拉油气区、美国的阿拉斯加北坡油气区、挪威的西巴伦支海油气区[13]

图5展示了北极地区主要的油气开发公司的分布情况[14]。可以看出,目前北极地区的油气开发几乎被欧美能源巨头垄断。环北极国家中,俄罗斯油气储量最为丰富,中国与俄罗斯合作,双方建立合资企业,共同进入北极地区从事能源勘探和开发,具有极大前景。

 

 

2.3能源互联网对北极开发的意义

俄罗斯对于北极资源的开发可以追溯到20世纪初,1930年,世界上第一个北极油田——奇比乌斯克(Chibyuskoe)在科米共和国(Republic of Komi)发现并投产,前苏联因此成为世界上第一个勘探和开发北极油田的国家。前苏联的勘测活动,拉开了北极探索和开发的序幕。

目前,北极地区的能源供应主要依靠燃油发电机发电,此外,还使用煤炭、燃油和木材等进行取暖。每年运送到北极地区的燃油为600×104~800×104t,煤炭为2000×104~2500×104t,这些燃料在使用过程中易对原本就脆弱的北极生态环境产生极为负面的影响,而使用风能、太阳能等清洁能源无疑是一个很好的选择。

能源互联网与北极开发结合的远期目标是利用北极地区丰富的风能、太阳能等可再生能源,建设大型清洁能源发电基地,通过特高压输电线路,将北极地区的清洁电力外送,这是一项极具前景且充满挑战的工程。此项工程若顺利实施,不仅将极大地提高北极地区原住民的生活水平,而且将会减


少北极地区化石能源的需求,保护该地区脆弱的生态环境。就近期而言,充分考虑环境保护要求的同时,加强基础设施建设,多种能源互补利用,逐渐提高清洁能源使用比例是当务之急。

 


 


3俄罗斯北极地区能源资源现状和开发情况

3.1俄罗斯北极地区能源资源现状

3.1.1油气资源现状

北极地区拥有极为丰富的油气资源,据美国国家地质调查报告披露,北极地区蕴藏着世界上22%未勘探的、技术可开采的油气资源,其中,世界上30%的未勘探天然气、20%的未勘探天然气凝析液、13%的未勘探石油蕴藏在北极地区,并且大部分位于离岸水深500m以内的区域,天然气储量是石油储量的3倍以上,这些资源中很大一部分位于俄罗斯[11]。具体而言,在不考虑技术和经济风险的情况下,北极地区尚未发现的油气资源包括:原油900×108bbl、天

然气16690×1012m3,天然气凝析液440×108bbl[15]。就俄罗斯而言,技术可采的油气储量在北极国家中具有绝对优势,约合2900×108bbl(395.6×108t)油当量,占到北极所有油气发现总量的88.2%,潜在资源储量约为400×108bbl石油和43×1012m3天然气[16]。表1统计了北极地区主要油气资源的分布情况[15]

俄罗斯北极地区从陆地到海底都蕴藏着极为丰富的石油和天然气资源,从前苏联到现在的俄罗斯,对这片土地资源的勘探、调查、研究和开发从未停止。在20世纪70年代,前苏联海洋地质与矿产研究所对俄罗斯北极地区的碳氢化合物的性质、分布等做了极为细致的调查研究,部分成果见表2[17]。可以看出,俄罗斯北极地区有着极为丰富的油气资源。具体来说,该地区蕴藏着俄罗斯近1/4的石油和凝析油,以及70%以上的天然气。目前,俄属北极地区共发现20个大型油气盆地,其中10个已经探明储量,最大的油气盆地是西西伯利亚盆地、东巴伦支海盆地、南卡拉盆地、拉普捷夫盆地和楚科奇盆地[18]

表1北极地区主要油气资源分布

盆地名称(国别)

原油/108bbl

天然气/1012m3

液化天然气/108bbl

油气总量/108bbl油当量

西西伯利亚盆地(俄)

36.6

651.50

203.3

1325.7

阿拉斯加盆地(美)

299.6

221.40

59.0

727.7

东巴伦支海盆地(俄、挪)

74.1

317.56

14.2

617.6

格陵兰岛东部裂谷盆地(丹)

89

86.18

81.2

313.9

叶尼赛哈坦加盆地(俄)

55.8

99.96

26.8

249.2

美亚海盆地(美、加)

97.2

56.89

5.4

197.5

西格陵兰-东加拿大

(加、丹)

72.7

51.82

11.5

170.6

注:表中所选取的七大盆地拥有超过87%的未被发现北极油气资源,约3600×108bbl石油当量。

表2已探明的俄罗斯北极地区海上与陆上碳氢化合物储量(20世纪70年代)

区域

原油/108t

伴生气/108m3

游离气/1012m3

凝析气/106t

碳氢化合物总量/108t

陆上

512

28760

94.6

1378.0

1501

海上

194

25538

107.6

6325.2

1357

总计

706

54298

202.2

7703.2

2860

 

3.1.2可再生能源资源现状

除油气资源外,北极地区还蕴藏着丰富的可再生能源。在北极地区,使用可再生能源是降低向北极偏远地区运送燃料成本、改善能源结构和提升能源安全水平的一种重要方式。由于定居点彼此距离较远,联网困难,使用可再生能源实现能源自主供应显得尤为重要。

目前,俄罗斯北极地区使用可再生能源发电的比例很低,在已使用的可再生能源中,小型水力发电占92%,太阳能发电占1.5%,风力发电占5%[19]。太阳能和风能的开发潜力巨大。图6和图7分别展示了俄罗斯北极地区的太阳辐照和风能资源分布情况[20,21]

从图6可以看出,萨哈共和国、克拉斯诺亚尔斯克边疆区、亚马尔-涅涅茨自治区太阳能资源尤为丰富,是开发重点。在萨哈共和国的雅库特,太阳能技术已经引入并成功利用,计划在该地区建设64座、总容量50MW的太阳能电厂。


 




图7显示了50m高度的年度总风能。从图中可以看出,萨哈共和国、楚科奇自治区、亚马尔-涅涅茨自治区、克拉斯诺亚尔斯克边疆区风力资源最为丰富,极具开发潜力。

 

3.2俄罗斯北极地区能源资源开发与规划情况

俄罗斯是北极地区油气储量最为丰富的国家,也是在北极油气勘探开发方面投入最多、取得成果最为丰盛的国家。2017年,俄罗斯生产石油5.468×108t、天然气6950×108m3,其中17.6%的石油和83%的天然气产自俄属北极地区[18]。根据《俄罗斯联邦北极地区发展战略(草案)》,到2035年,俄北极地区的石油开采量将增加到其石油开采总量的25%,天然气的开采量占比将增加到92%[22]

此外,俄罗斯北极地区的可再生能源储量也比较丰富,其开发可以分为三个阶段:第一阶段,在各个居民点周边,因地制宜建设小型水电站、小型太阳能电厂以及风电厂,结合储能设备,替代燃油发电,满足当地居民的用电、供热需求;第二阶段,逐步扩大建设范围,在资源丰富的无人居住区建设大型太阳能电厂、风电厂,铺设线路,向其他环北极国家以及俄罗斯其他地区供电;第三阶段,建设大型清洁能源基地,铺设特高压输电线路,进入全球能源互联网体系,实现清洁电力的全球调配。

4能源互联网下的中俄北极能源开发与合作

4.1中国在北极地区能源开发进展

中国全域不与北极毗邻,作为一个没有地缘优势的非北极国家,一直以来无法深入参与北极事务。直到2013年中国成为北极理事会正式观察国之后,中国可以更多地实际参与北极事务。2018年1月26日,国新办发布了《中国的北极政策》白皮书,该文件在国家层面上确立了中国对北极的政策,其中“参与油气和矿产等非生物资源的开发利用”是中国参与北极事务的主要政策主张之一[23]

长期以来,环北极国家出于能源安全、国家安全等因素,一直将中国企业排除在北极能源勘探和生产之外,俄罗斯作为北极地区拥有土地和资源最多的国家,也是极力限制中国在北极的影响力。在遭受欧美长期经济制裁、国际油价大幅下跌、美国页岩油技术取得突破进展等因素的影响下,俄逐步调整了北极政策,放开了若干油气田,希望借助外国资本和高科技装备,在北极利益争夺中保持绝对优势的同时,通过大规模北极能源开发振兴国内经济,这也为中国参与北极能源开发提供了契机。

4.2中俄北极能源合作现状

俄罗斯是“一带一路”倡议沿线的重要国家,2019年中俄两国关系提升为“新时代中俄全面战略协作伙伴关系”,中国加强了在俄罗斯的投资,积极参与俄罗斯基础设施建设。2019年12月2日,在两国元首的见证下,中俄东线天然气管道投产通气。对俄罗斯而言,打通了东部能源的出口通道,为其远东地区的快速发展注入新动力;对中国而言,多了一个经济发展的“能源大后方”。

目前,中国正在参与俄罗斯北极地区最大的两个液化天然气项目——亚马尔项目和北极液化气2号项目。其中,亚马尔液化天然气项目是由俄罗斯诺瓦泰克公司(持股50.1%)、法国道达尔公司(持股20%)、中国石油天然气集团公司(持股20%)、丝路基金(持股9.9%)共同开发的一项世界级工程,已经在2018年底全面建成投产。北极液化气2号项目由俄罗斯诺瓦泰克公司(持股60%)、法国道达尔公司(持股10%)、中国石油天然气勘探开发股份有限公司(持股10%)、中国海洋石油集团有限公司(持股10%)、日本的三井和Jogmec(共同持股10%)共同开发,设计年产1980×104t液化天然气,包括3条生产线,预计于2025年全面建成。中俄北极能源合作,走在了中国参与北极地区综合开发的前列。

4.3能源互联网下的中俄北极能源合作框架

能源互联网整合能源生产、运输、消费各个环节,结合互联网理念、大电网理念和多能综合利用理念,改变能源资源流动过程的单一性,加强能源供给侧和用户侧的互动性,能够增强能源供给的稳定性和安全性,提升能源利用效率。俄罗斯北极地区具有多种类型的资源,运用能源互联网技术,综合评估资源状况,合理开发和高效利用俄罗斯北极资源,可以极大地提高该地区的能源使用效率,助力俄罗斯北极地区发展。

能源互联网助力中俄北极能源开发,就是要充分利用两国优势,打造北极能源大动脉,推动中俄两国经济发展。图8展示了以能源互联网为核心的中俄能源合作框架,以政治互信为基石,以经济互补为驱动,互利共赢,必将开创中俄北极能源合作的新局面。


4.4能源互联网下中俄北极能源开发优先项目

中国在特高压输电以及太阳能、风能等可再生能源装备制造领域掌握自主核心技术,具备规模化生产优势,拥有巨大的能源消费市场;俄罗斯北极地区油气及可再生资源丰富,具有天然的资源禀赋。在能源互联网的推动下,中俄开展北极能源合作可以优先发展以下领域:

①联合勘探开发北极油气资源。中俄两国企业共同参与北极地区的油气资源勘探和开发项目,中方可以提供资金和技术,以入股方式参与其中。

②建设北极大型清洁能源基地。在太阳能、风能、地热能、水能等可再生资源丰富的俄罗斯北极地区,建设一大批清洁能源基地。

③推动特高压输电线路铺设。利用中国在特高压输电方面的技术和工程优势,中俄两国相关机构开展联合攻关,解决极端地理、气候、气象等条件下的特高压输电线路建设难题,铺设特高压输电线路,连接清洁能源基地,跨区域外送清洁电力能源。

④加强漂浮核电站项目合作。日前,俄罗斯建造了世界上第一座漂浮核电站——“罗蒙诺索夫院士”号漂浮核电站,即将在俄罗斯北极地区投入使用。该漂浮核电站具有快速移动、性能稳定、可靠性高等特点,中国应当与俄罗斯合作,引入相关技术,提升国防实力。

⑤数字化能源交易系统建设。通信与能源深度融合,打造智慧能源网络,利用大数据、云计算等新兴技术,建立中俄之间快速反应的数字化能源交易系统,确保油气、电力等能源的安全、精准、高效调度和交易。

⑥能源创新技术联合研究。融合大规模储能、区块链、虚拟电厂、多能互补等技术,打造数字能源系统,联合科研创新,共同推动能源产业技术升级。

⑦制定和完善相关政策法规,建立深度能源合作机制。在政治互信的基础上,中俄进一步推动能源领域的深度合作,需要规范的法律和合适的政策作为保障。可建立双边能源合作机制,设立相关机构和专家智库,定期交流磋商,尽快制定和完善能源合作领域的法律法规。

5结语

俄罗斯北极地区拥有极为丰富的石油、天然气、可再生能源资源,利用能源互联网技术,可以大幅提高该地区能源资源使用效率。互为最大邻国的中俄,在政治高度互信的基础上,充分利用双方在市场与资源方面的天然互补性,加强北极能源合作,必将成为维护中俄两国政治安全、能源安全和经济安全的重要举措。

中俄两国在开展能源合作的过程中,还应当考虑中亚和东亚其他国家的诉求,积极推动东北亚能源互联网建设,探索签署多边能源合作协定,设立多边能源合作专门机构,创立多边能源磋商机制,深入了解能源生产国与消费国的需求,快速响应,全面统筹,切实维护各参与国的共同利益。中俄能源合作与“一带一路”、“欧亚经济联盟”深度融合,各方都能从中稳定而长久受益,具有广阔前景。

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 辑?张?峰

 

Sino-Russian  Arctic  Energy  Development  and  Cooperation under  the Global  Energy  Interconnection

He  Haiyang1, Chen  Bingjin2

(1.Russian National Research University(Moscow Power Engineering Institute), Moscow Russia 111250  2.NO.711 General Team, Northwest Nonferrous Geological Exploration Bureau, Hanzhong Shaanxi 723000)

 

 

[Abstract] The Arctic region is rich in natural resources and takes an important strategic position due to specially geographical, geological, climatic and environmental factors, etc. Russian Arctic region is vast, sparsely populated, and rich in resources and has great potential for development. The technically recoverable oil and gas reserves in Russian Arctic region are about 290 billion barrels of oil equivalent, which account for 88. 2% of all discovered oil and gas reserves in the Arctic region, and its potential reserves are about 40 billion barrels of oil and 43 trillion cubic meters of natural gas. Besides, renewable energy resources are also very rich in this region. Under the technical support of global energy interconnection and development of "the Belt and Road" initiative, construction of large-scale clean energy bases represented by wind and solar energy in Russian Arctic region to realize cross-regional power delivery through the UHV (ultra high voltage) transmission line is an important way to improve the living conditions of Arctic residents and promote the green development of the Arctic region. Russia and China are the largest neighbors with each other, and Russian rich natural resources and Chinese huge energy market are complemented. Therefore, the advantages of global energy interconnection should be integrated into Sino-Russian energy cooperation thoroughly to explore oil, gas, and renewable energy resources together in Russian Arctic region. Large-scale clean energy bases should be constructed with UHV transmission lines laid to create digital energy trading system. Innovative technologies of energy are researched together. In-depth energy cooperation may be realized based on the formulation and improvement of relevant policies and laws. It has significance for ensuring Chinese energy security, promoting Russian economic development, and improving the living standards of the people in two countries. 

[Keywords] Arctic region; global energy interconnection; oil and gas resource; ultra high voltage transmission; large-scale clean energy bases; complementation between Russia and China

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