石油替代可行性及成本效益分析.doc

9128962014/1/3Page1of30石油替代可行性及成本效益分析期中報(bào)告目錄摘要壹、前言貳、非傳統(tǒng)油氣一、油砂二、油頁巖三、甲烷水合物四、非傳統(tǒng)氣體資源參、其它替代燃料一、煤炭氣化與液化二、氣體制造合成液體三、核能及核聚變四、其它肆、再生能源一、風(fēng)能二、太陽能三、生質(zhì)能四、海洋溫差發(fā)電五、其它伍、各種替代能源可行性及成本效益分析一、能源與發(fā)電二、能源使用成本效益分析陸、結(jié)論及建議柒、參考資料(說明：本期中報(bào)告內(nèi)容部分尚待補(bǔ)充入期末報(bào)告，圖序及表序亦將于期末報(bào)告做總整理)9128962014/1/3Page2of30摘要尋求石油替代的必須性，原因在于：石油需求量繼續(xù)增加；世界石油供給很快達(dá)到頂峰而下降；各國憂心能源及經(jīng)濟(jì)安全；目前能源供給大多倚賴傳統(tǒng)之中東油源，儲(chǔ)藏量有限，且政治不安定，油價(jià)受制于人；目前認(rèn)知之替代燃料及再生能源雖然較潔凈，但大部分替代程度小，需要尋求大量的能源供給。尋求資源的源源供給，并減少對(duì)環(huán)境的沖擊，各方積極倡用替代燃料及再生能源。然而這些凈潔能源都有其限制，所以儲(chǔ)量眾多的非傳統(tǒng)油氣也在尋求及發(fā)展之列。本報(bào)告將分三大類分析，即非傳統(tǒng)油氣（包括油砂、非傳統(tǒng)氣體資源、油頁巖、及甲烷水合物）、其它替代能源、及再生能源。對(duì)于其儲(chǔ)量、目前開發(fā)及使用情形、未來供應(yīng)與使用預(yù)測(cè)、技術(shù)成熟度及可行性予以評(píng)估。對(duì)各項(xiàng)替代能源之成本及效益予以剖析。能源的兩大用途就是供作發(fā)電及燃料用。替代傳統(tǒng)石油及天然氣者除了成本要能競(jìng)爭(zhēng)外，儲(chǔ)藏量及供應(yīng)量也要足以抗衡。某些替代燃料及再生能源，雖因原油飆漲而成本足以與之競(jìng)爭(zhēng)，但在供應(yīng)量卻有限制，目前及短期的未來只能替代部分的現(xiàn)有能源，大部分都是供發(fā)電用，其供應(yīng)量及發(fā)電成本將予以分析比較。全世界目前初級(jí)能源分配約為（）：石油35，天然氣21，煤炭22，核能7，水力3，其余（12%）為生質(zhì)能及其它?？剂课磥砜商娲驼?，必須在成本上能與之競(jìng)爭(zhēng)，而且量能充分供應(yīng)。到2030年，全球?qū)Ω鞣N能源的需求增量，以油當(dāng)量計(jì)算，約是目前沙特阿拉伯石油產(chǎn)量的10倍。屆時(shí)的日需求量將從目前的2.2億桶油當(dāng)量（相當(dāng)于每年800億桶）供給增加到3.35億桶油當(dāng)量（每年1,223億桶）。到2030年之前，傳統(tǒng)油氣仍是世界主要的能源來源，約占能源供給的60%。預(yù)計(jì)天然氣的需求量以每年超過2%的速度上升，到2030年，天然氣將占能源總量的25%。非傳統(tǒng)能源的供給將持續(xù)增加。非傳統(tǒng)油氣資源蘊(yùn)藏量相當(dāng)龐大，比目前已知油藏及可能發(fā)現(xiàn)之油藏總和還要多，將可使用100至1000年，可能為未來取代傳統(tǒng)油氣者。唯一未確定者是傳統(tǒng)與非傳統(tǒng)油氣轉(zhuǎn)換的過渡期間，過程可能緩慢，而必須要完善與沒有經(jīng)濟(jì)上的不齊一。9128962014/1/3Page3of30壹、前言過去五十年來，傳統(tǒng)原油資源新發(fā)現(xiàn)的速率比累積用量還要快，但是，這些自然資源有限，如果不能生生不息，終有耗竭的一天?，F(xiàn)在的估計(jì)，各項(xiàng)初級(jí)能源，石油可用四十年，天然氣可用六十多年，煤炭可用兩百年，原子能的鈾可用五十多年（表一）。但未雨綢繆，尋求資源的源源供給，并減少對(duì)環(huán)境的沖擊，乃積極倡用替代燃料及再生能源。然而這些凈潔能源都有其限制，故非傳統(tǒng)油氣也在尋求及發(fā)展之列。表一能源蘊(yùn)藏量統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目能源別石油天然氣煤炭鈾總蘊(yùn)藏量（2003年底）11,477億桶175兆立方公尺9,844.5億公噸310萬公噸產(chǎn)量（2003年）280億桶2.6兆立方公尺51.3億公噸-可使用年數(shù)41年67年192年53年*資料來源：Bp,StatisticalReviewofWorldEnergy,2005*表示鈾蘊(yùn)藏量以目前技術(shù)而言，可使用53年，若考慮使用過之核燃料在處理回收后重復(fù)使用，則其使用年限可增加5-10倍。本報(bào)告將分三大類分析，即非傳統(tǒng)油氣（包括油砂、非傳統(tǒng)氣體資源、油頁巖、及甲烷水合物）、其它替代能源、及再生能源。所謂替代燃料或替代能源是指替代傳統(tǒng)的化石燃料，即石油及煤炭，尤其是替代汽油。包含了天然氣(壓縮天然氣及液化天然氣)、液化石油氣、甲醇、乙醇、生質(zhì)柴油、氫氣、P-系列燃料、核能及電力。而所謂再生能源是可再生或新生的，如水力、風(fēng)力、太陽光能及熱能、海洋能、生質(zhì)能(垃圾、能源作物、森林、生質(zhì)酒精等)。我國于民國八十八年規(guī)劃之短、中、長程再生能源包括了太陽熱能及光電能、小水力、風(fēng)力能、地?zé)崮?、生物?酒精汽油、生質(zhì)柴油、能源作物、森林及生質(zhì)氫能)及海洋溫差。另有廢棄物能源利用包括農(nóng)業(yè)廢棄物、工業(yè)廢棄物及都市廢棄物。希望到2020年，我國這些再生能源可達(dá)我國能源總供應(yīng)量的3%。雖然僅僅是百分之三，但要達(dá)成可要各界很努力很努力才可以做到。臺(tái)灣自產(chǎn)能源非常缺乏，約有97%初級(jí)能源仰賴進(jìn)口。初級(jí)能源中以原油及天然氣為最大宗，分別占初級(jí)能源之51%及7%。原油有99.8%，天然氣有90%自國外進(jìn)口。也就是臺(tái)灣一年自產(chǎn)的原油只能供給中油公司煉油廠煉制一天而已。為了尋求能源來源的多元化，并開發(fā)低污染性的能源，替代燃料及再生能源乃成為各國努力發(fā)展的目標(biāo)，尤其在防止地球的溫暖化，減少全球二氧化碳的9128962014/1/3Page4of30排放方面，這些能源更是需要。全世界初級(jí)能源分配約為（）：石油35，天然氣21，煤炭22，核能7，水力3，其余（12%）為生質(zhì)能及其它?？剂课磥砜商娲驼?，必須在成本上能與之競(jìng)爭(zhēng)，而且量能充分供應(yīng)。到2030年，全球?qū)Ω鞣N能源的需求增量，以油當(dāng)量計(jì)算，約是目前沙特阿拉伯石油產(chǎn)量的10倍。屆時(shí)的日需求量將從目前的2.2億桶油當(dāng)量（相當(dāng)于每年800億桶）供給增加到3.35億桶油當(dāng)量（每年1,223億桶）。到2030年之前，傳統(tǒng)油氣仍是世界主要的能源來源，約占能源供給的60%。預(yù)計(jì)天然氣的需求量以每年超過2%的速度上升，到2030年，天然氣將占能源總量的25%。尋求石油替代的必須性，原因在于：石油需求量繼續(xù)增加。各國憂心能源及經(jīng)濟(jì)安全。世界石油供給很快達(dá)到頂峰而下降。目前能源供給大多倚賴中東油源，儲(chǔ)藏量有限，且政治不安定，油價(jià)受制于人。替代燃料及再生能源雖然較干凈，但大部分替代程度小，需要尋求大量的能源供給。氫能及燃料電池并非能源，其來源目前還是倚賴傳統(tǒng)能源。9128962014/1/3Page5of30貳、非傳統(tǒng)油氣所謂傳統(tǒng)原油或傳統(tǒng)天然氣，就是一般所稱之原油或天然氣。從表一即知這些能源可使用年限非常有限，再過一段時(shí)間，我們將面臨油氣供應(yīng)之危機(jī)。所以世界各國除了積極開發(fā)再生能源外，更在尋求非傳統(tǒng)油氣資源，不過這些也僅限于少數(shù)地區(qū)，不是全球普及。非傳統(tǒng)油氣包括由油砂或油頁巖中抽取出來之原油或天然氣，或者是從天然氣水合物中釋放出來之天然氣。從圖一的能源金字塔知道油氣下面就是非傳統(tǒng)油氣資源油砂、油頁巖及甲烷水合物。這些非傳統(tǒng)油氣資源蘊(yùn)藏量相當(dāng)龐大，比目前已知油藏及可能發(fā)現(xiàn)之油藏總和還要多，將可使用100至1000年，可能為未來取代傳統(tǒng)油氣者。唯一未確定者是傳統(tǒng)與非傳統(tǒng)油氣轉(zhuǎn)換的過渡期間，過程可能緩慢，而必須要完善與沒有經(jīng)濟(jì)上的不齊一。圖一能源金字塔圖二傳統(tǒng)與非傳統(tǒng)之油藏油氣石灰石水天然氣水合物煤炭油砂油頁巖油氣非傳統(tǒng)油藏超越了全球傳統(tǒng)油藏非傳統(tǒng)油藏傳統(tǒng)油藏美國油頁巖2.0兆桶加拿大油砂1.5兆桶油砂儲(chǔ)藏1740億桶可能/未發(fā)現(xiàn)油藏1.7兆桶證實(shí)油藏1.0兆桶非傳統(tǒng)油藏超越了全球傳統(tǒng)油藏非傳統(tǒng)油藏傳統(tǒng)油藏美國油頁巖兆桶加拿大油砂兆桶油砂儲(chǔ)藏億桶可能未發(fā)現(xiàn)油藏兆桶證實(shí)油藏兆桶9128962014/1/3Page6of30圖二顯示全世界現(xiàn)有證實(shí)之傳統(tǒng)油藏與美加油頁巖與油砂等之非傳統(tǒng)油藏之比較，非傳統(tǒng)油藏之量已超過傳統(tǒng)油藏。表二中顯示非傳統(tǒng)油源之生產(chǎn)量逐漸增加，至2030年生產(chǎn)量將達(dá)10Mbd。表三更顯示非傳統(tǒng)石油資源量可供我們長久使用。表二2002年全球石油儲(chǔ)量及生產(chǎn)量數(shù)據(jù)（IEA）傳統(tǒng)油源（2002）地區(qū)已生產(chǎn)產(chǎn)量證實(shí)儲(chǔ)量新增儲(chǔ)量生產(chǎn)量(1)Gb(2)Gb(3)GbMb/day中東24068626921前蘇俄142771409.3拉丁美洲9911110210.2非洲7577627.9北美洲187378310.6歐洲4621306.9亞洲6439278.0其它20111合計(jì)873104871173.9最終可采儲(chǔ)量(1+2+3)=2,632Gb新增儲(chǔ)量未發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)量和儲(chǔ)量成長非傳統(tǒng)油源：重質(zhì)油、油頁巖、油砂、GTL20021.1Mb/day20206.5Mb/day20052Mb/day203010.1Mb/day20103.8Mb/day資料來源：已證實(shí)儲(chǔ)量及產(chǎn)量：BPGlobalenergystatistics為發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)量及非傳統(tǒng)生產(chǎn)：IEAWEO2002（資料來源：KlausIllum,IEAOilProjectionsDisputed,illumpost1.tele.dk，1December2004.）表三非傳統(tǒng)石油資源量的估計(jì)資源種類地點(diǎn)估計(jì)大?。ㄊ畠|桶）使用年限（以美國1998年消費(fèi)量計(jì)算）*參考資料所有非傳統(tǒng)北美6,0001000年Bird(1989)重質(zhì)原油和瀝青全世界6,2001033MeyerandSchenk(1985)重質(zhì)油加拿大、委內(nèi)瑞拉600100IEA(1998)9128962014/1/3Page7of30氣體制液體（GTL）全世界15025IEA(1998)重質(zhì)油加拿大、委內(nèi)瑞拉3,460577Dusseault(1997)油頁巖GreenRiverFm,Colorado,Utah,Wyoming1,500250Smith(1981),McCabe(1998)油頁巖所有美國，包括低級(jí)品160,00026,667DuncanandSwanson(1965),McCabe(1998)*1998年消費(fèi)量以60億桶計(jì)算。以下就這些非傳統(tǒng)油氣資源加以介紹及分析：9128962014/1/3Page8of30一、油砂美國及加拿大加在一起可以宣稱具有極大量的油藏，但是大部分都是非傳統(tǒng)的資源，主要是美國的油頁巖和加拿大的油砂。這兩種資源當(dāng)中，加拿大的油砂礦比較有生產(chǎn)性。亞伯達(dá)省有大量的油砂沉積-砂、粘土、水、和瀝青的混合物，是一種黑色柏油狀的碳?xì)浠衔?，黏稠如糖?這是該省最大的寶礦。加拿大國家能源局稱亞伯達(dá)的油砂的瀝青是世界上最大的已知液態(tài)碳?xì)浠衔锏某练e之一。最初估計(jì)的油藏有1,780億桶，是加拿大傳統(tǒng)油藏的35倍，使得加拿大的總油藏居于世界的第二位，僅次于沙特阿拉伯的傳統(tǒng)油藏（有2,600億桶）。這些油藏可以滿足加拿大國內(nèi)目前需要量的250年。在亞伯達(dá)省，粗的瀝青的生產(chǎn)已于2001年開始超過傳統(tǒng)的原油生產(chǎn)。與之對(duì)比，委內(nèi)瑞拉的Orinoco帶也含有廣多的碳?xì)浠衔镔Y源，一般只稱為重原油或超重原油。這些沉積層含有1.9兆桶（即19,000億桶）的油。最終可回收的油藏為2,720億桶，證實(shí)的油藏為778億桶。在2004年，加拿大的油砂生產(chǎn)量超過1百萬b/d，而且陸續(xù)在增加，在約40年的期間才只生產(chǎn)了30億桶。在傳統(tǒng)原油供給之日趨下降，而世界對(duì)原油的需求又日益趨多，油砂的機(jī)會(huì)就愈來愈顯著。預(yù)計(jì)在未來10年內(nèi)，油砂的相關(guān)生產(chǎn)量將加倍，有一些預(yù)測(cè)說將可達(dá)到5百萬b/d。加拿大合成原油公司的執(zhí)行長魯格洛克（CharlesRulgrok）說，到2015年，北美的原油需求將超過25百萬b/d，其中約有10百萬b/d來自北美的傳統(tǒng)原油，有3百萬b/d來自加拿大的油砂，其它則靠進(jìn)口。依據(jù)這種預(yù)測(cè)，加拿大的油砂就占了北美生產(chǎn)量的25%。根據(jù)Meyer及Schenk（1985）的估計(jì)，全世界的重原油和瀝青的資源約有62,000億桶，其中有8900億桶可回收，分別相當(dāng)于2003年全世界原油使用量的221及32年量。（一）、定義（二）、加拿大的油砂（三）、油砂之萃?。ㄋ模?、油砂經(jīng)濟(jì)1、經(jīng)濟(jì)可行性2、成本架構(gòu)（資料待補(bǔ)充）二、油頁巖（一）、油頁巖的成分油頁巖(oilshale)是一種由有機(jī)物質(zhì)和無機(jī)物質(zhì)組成的沉積巖石。無機(jī)物質(zhì)常見的有石英、粘土、碳酸鹽等，有時(shí)還含有銅、鎳、鈷、鉬、鈦、釩等的化合物。有機(jī)物質(zhì)可分為兩類：一類為油母質(zhì)(kerogen)，其主要成分元素有C,H,9128962014/1/3Page9of30N,S,O等。油母質(zhì)加熱時(shí)會(huì)分解而放出蒸氣，這些蒸氣凝結(jié)后就成為液體油料。另一類為瀝青，其含量一般在1%左右。油頁巖為黏土礦結(jié)構(gòu)，是4050百萬年前的老沉積巖，可說是藻類的化石，即石油湖泊環(huán)境的沉積受到時(shí)間、壓力、溫度種種影響，而把這些沉積物轉(zhuǎn)變成含有碳?xì)浠衔锏膸r石。天然狀態(tài)的油頁巖不含液態(tài)碳?xì)浠衔?，其組成份為固體有機(jī)物，只能用熱(約500)加以釋放，因此，它既不能暴露成油膜，經(jīng)壓碎或擠壓也不能產(chǎn)生液體成分，必須以所謂蒸餾或加熱法萃取，將油母質(zhì)分解放出碳?xì)浠衔锏恼羝?，冷卻后就可得到油和氣。一般認(rèn)為油母是一種具有三維結(jié)構(gòu)的大分子聚合物的混合物。油母中的碳主要以脂族及環(huán)烷結(jié)構(gòu)存在，也有部分芳香族。所以只要能把油頁巖中油母提煉出來，就可得到類似石油原油，亦即頁巖原油。油母中的氮在熱加工時(shí)，大部分可轉(zhuǎn)化成氨。油頁巖外表像褐色的石頭，打碎后變成許多片狀的碎塊，看上去像是一頁頁的紙疊起來似的，故得名。其質(zhì)量比煤重，發(fā)熱量只有煤的3050。過去普遍的方法是對(duì)頁巖進(jìn)行加