中国氦气进口主要来自“六大”外资企业,约占总进口量的82%,其中,林德、液化空气、空气化工进口量较高,分别占比21%、19%、18%,其次,岩谷产业株式会社、大阳日酸株式会社和吴江梅塞尔,分别占比13%、8%、3%。国内仅有广钢气体能源股份有限公司(简称广钢气体)及上海济阳科技有限公司(简称上海济阳)两家企业从事氦气进口业务(图 5)。此外,全球液氦罐箱和氦气液化器制造商为了便于垄断气源、制造能力等原因,长期对中国限制供货,广钢气体每年仅能购入2~3个液氦罐箱(张哲等,2022b)。

2020年3月,广钢气体完成对林德公司剥离出的约238×104 m3/a氦气资源进口份额的收购,成为最大的中资氦气供应商,从而打破了外资垄断,降低了因地缘政治问题而带来的进口风险。“八大”氦气进口商主要利用液氦储罐,通过货轮运输到中国港口,再由分销商利用管束车、液氦杜瓦或者氦气瓶物流运输至终端,2021年危化品运输要求日益严格,氦气瓶装物流运输部分地区已有限制。中国氦气主要进口地区为江苏、上海、广东、浙江、陕西、北京、辽宁、天津等。2021年,进口氦气地区主要为江苏地区,进口量620×104 m3,其占比30%,排名第一,主要为昆山空气化工、苏州林德、吴江梅塞尔、无锡液空等企业;其次为上海,进口量554×104 m3,进口占比达到27%,应用领域主要是气氛控制、低温应用、检漏气体、焊接保护气等(张哲等,2022a)。

2.4 中国氦气产业链技术链基本成型,液氦储存等关键技术装备急需攻关

2003年以来,自然资源部中国地质调查局西安地质调查中心在渭河盆地(卢进才等,2005;韩伟等,2014;李玉宏等,2018)和柴达木盆地(张云鹏等,2016;韩伟等,2020)持续开展了氦气资源调查,提出壳源氦气“弱源成藏”认识,总结了“有效氦源岩、高效运移通道、载体气藏”是氦气成藏的基本条件(李玉宏等, 2017a, b;2018),并利用稀有气体示踪方法研究了氦气聚集(Zhang et al., 2019a,b),提升了中国富氦天然气成藏机理的理论研究水平,总结了渭河盆地找矿模型,探索了成藏模式指引勘查方向、重力-电法探测盆地结构(高效运移通道)、化探圈定氦气富集区、磁法识别基底磁性岩体(氦源岩)、地震测量落实有利圈闭、气测录井标定富集层段的氦气调查技术方法,引领了地勘单位在汾渭盆地发现高品位富氦天然气显示,带动了油气企业开展氦气商业勘查(李玉宏等,2015;2018)。近年来,国内其他学者也开展了大量的氦气研究(张雪等,2018;陶小晚等,2019;陈践发等,2021;Liu et al., 2022;何发岐等,2022),氦气资源的发现明显加快,但氦气资源评价的技术手段仍在探索中。

中国天然气粗氦提取、粗氦精制、气氦储运技术已经较为成熟,基本可满足规模建设提氦工程的需要,但大型氦气液化和液氦储存技术尚处于攻关阶段。目前国产氦气液化器已研制成功,但其性能、可靠性尚有提升空间;目前尚无国产化的液氦储罐液,其关键技术和难点在于结构设计和绝热材料(张哲等,2022b)。中国生产的天然气则以净化后直接管输利用为主,通过低温法提氦需要液化大量天然气,能耗高且不经济,但对于现有液化天然气工厂开展尾气综合利用具有广阔前景。2014年以来,中国LNG-BOG提氦技术与产能建设飞速发展,将成为中国氦气战略资源保障的重要力量。中国科学院理化技术研究所在国产大型低温制冷技术方面取得突破性发展,实现了中国大型制冷系统从应用基础、关键设备到系统集成技术与能力的全面提升。2020年以来,依托大型低温制冷技术孵化的北京中科富海低温科技有限公司,在BOG提氦领域取得里程碑式突破,成功研制出国内首套LNG-BOG低温提氦装置,并与多家公司合作建成多条LNG-BOG提氦生产线,形成了高纯氦气和液氦生产的自主关键技术和装备(李玉宏等,2022; 中国科学院理化技术研究所,2022)。

2.5 中国氦气产业尚未得到应有重视,资源管理模式仍处探索阶段

氦气对战略性新兴产业发展的基础保障作用尚未得到社会各方面的高度重视,氦气富集规律尚未得到全面认识。目前,对氦气资源管理存在2种模式:一是威远模式,即将氦气视为天然气的伴生资源,在天然气开发过程中提取和综合利用。在这种模式中,中国缺少类似于美国《氦气法》的政策法规,没有明确油气公司和政府部门在氦气提取和采购中的权利和义务,难以对油气公司进行有效约束和提供政策激励。二是渭河模式,即将氦气作为独立矿种,引导社会资金对富氦天然气和水溶气中氦气资源的勘探、开发和提纯的投入,快速推动中国氦气产业发展。将氦气作为独立矿种进行勘探开发是短时间内解决中国氦气资源短缺的有效方案,但全国有且仅有陕西省设立了中国首个氦气探矿权。氦气作为独立矿种进行矿权配置的政策法规并不明确,并且与已设立的石油、天然气矿权存在冲突风险,如何科学有效地促进氦气资源开发利用还需要继续探索完善。

3 中国氦气产业发展路径思考

中国氦气需求增长强劲,2017年以来,中国氦气进口量长期保持在2000×104 m3以上,平均增速11%,市场规模逐步扩大。2021年中国氦气消费量为2195×104 m3,占全球氦气总产量的13.7%,主要应用于气氛控制、低温应用、检漏气体、焊接保护气等领域,分别占比51%、25%、8%、7%。从长远看,随着中国高新技术产业的发展,预计“十四五”时期中国氦气消费量将保持高位增长,低温超导、航空航天、国防军事、核磁共振医疗、半导体、光纤、光伏、锂电池、低温物理研究等方面将是需求增长的主要领域。按照年均增速11%测算,2025年需求量将达3000×104 m3以上,全球占比或将进一步增大(Future Market Insights, Inc., 2022)。2022年是实施“十四五”规划的关键之年,面对全球氦气资源产业链格局和产业发展新趋势,必须开展补链强链工作,着力加强氦气资源调查评价、开展关键技术装备攻关,加大市场主体培育力度,推进多元供应体系建设,打造自主可控的创新链,形成稳定、有韧性的产业链,为高新技术产业发展提供氦气资源保障。

3.1 实施氦气国情调查工作,进一步夯实中国氦气产业链的资源基础保障

按照“用旧、找新”的思路,分3个层次开展氦气国情调查工作。一是开展中国现有大中型天然气田氦气含量调查(老区调查评价),查明各大盆地天然气含氦情况,发现富氦天然气藏,直接提氦利用,快速形成产能;二是实施全国氦气资源潜力评价与战略选区,获得不同盆地和区带关键评价参数,优选远景区和有利区,预测资源量,引领油气企业在氦气成藏远景区开展气-氦兼探;三是以汾渭盆地为重点,实施氦气资源勘查示范工程,开展矿权空白区氦气独立勘查,兼顾水溶气、铝土岩型富氦天然气等新类型氦气资源勘查,拓展勘查领域和资源类型。在全面摸清资源家底的基础之上,按照资源类型和丰度,提出资源开发利用方案和产业布局规划,富氦天然气田可采取直接提氦利用方案,不具有经济效益的低含氦气田,通过指导LNG布局与BOG提氦装置建设,推进低含氦天然气有效利用,为氦气产业链提供资源基础保障。

3.2 实施强链补链工程,加大氦气成藏理论、勘探技术及液氦储存装备研发力度

为积极打造自主可控的氦气产业链,急需开展强链补链工作,增强中国氦气保障能力,服务中国涉氦高新技术产业发展。一是针对大型叠合盆地和裂谷盆地氦气成藏理论、成矿模式等关键地质问题开展基础理论攻关,开展典型富氦天然气田氦气成因机理、运移富集规律和保存机制研究,明确氦气资源富集成藏主控因素。二是开发井下氦气识别和评价的技术方法,着力提高气测录井识别精度,形成地球物理测井识别序列和解释方法。三是加大天然气提氦技术装备研发投入,加快模块化、小型化和高效化氦气提纯装备的研制和落地投放,重点攻关低含氦天然气提氦技术,提高低丰度伴生氦气资源的经济价值。四是加强液氦储存等关键技术装备攻关,特别加大对大容量、长距离运输的液氦储槽的研制,达到国际标准。

3.3 构建多元化供应体系,维护中国氦气供应链韧性与稳定

积极有效应对氦气市场变化,围绕俄罗斯、卡塔尔、坦桑尼亚等“一带一路”沿线国家开展氦气资源多领域合作和战略研究,拓展合作空间和供给渠道,维护中国氦气供应链韧性与稳定。首先,要稳住卡塔尔氦气供应渠道,在经济可行、技术可及的基础上,与卡塔尔氦气和油气生产企业共同探讨氦气开发利用的商业化战略合作。其次,加强与俄罗斯氦气产业战略合作,建立长期稳定的供应关系,逐步减少对美资企业氦气供应依赖。第三,积极开拓坦桑尼亚等其他潜在氦资源国的合作,共同推进勘探开发、技术研发等,形成新的贸易供给端。此外,应积极构培育国内市场主体,鼓励各大油气公司“走出去”,布局氦气矿权的获取和合作开发,加大对广钢气体、上海济阳等国内氦气供应商支持力度,推动其扩大氦气资源进口份额和参与关键技术研发,吸引各类相关企业参与氦气产业链构建。

3.4 加大氦气资源战略储备力度,提高应对极端条件下的氦气保障能力

国内氦气产量严重不足且缺口巨大,价格受国际国内勘探开发影响较大,产业政策的制定需兼顾国家需求和市场动态。一方面,根据中长期氦气在各种领域的需求变化,明确中国氦气供应底线和优先序列,动态更新保障航空航天、国防军事及基础民生需求的氦气供应底线;另一方面,应根据国内开采和国际进口成本,建立国家氦气战略储备体系,形成短、中、长期氦气储备战略规划,开展陆域氦气储备地下空间调查评价,进行氦气储备先导试验,提高氦气资源保障能力与水平,到2030年将氦气战略储备提升至相当于120天净进口量(700×104 m3)水平。2021—2025年,伴随全球四大提氦工程的陆续投产,全球氦气可能由当前的供应相对紧张转为供应宽松态势,这将是中国通过获取进口资源建立氦气储备的战略机遇。

3.5 提高氦气产业地位,出台促进氦气产业发展的扶持政策

需将氦气纳入战略性矿种,氦气产业纳入战略性新兴产业目录,制定支持氦气产业发展的相关政策,强制要求天然气田检测氦气含量,对达到提氦标准的气田,必须强制提氦。要在新一轮找矿突破战略行动中部署氦气资源工作。加大氦气探矿权和采矿权投放,鼓励社会资金进入氦气勘探开发领域,对具有一定氦气资源丰度的天然气资源进行综合回收利用,科学保护和合理利用氦气资源。完善氦气储量统计管理和全产业动态监管机制。加快制定氦气资源评价相关指标,动态监管氦气资源在供应链、消费端、储存库的运行情况,对氦气产业链各环节的发展及时提出调控意见。完善配套政策,培育市场主体,将氦气从中国危险化学品目录及监管体系中调出,给予提氦企业财税政策支持或补贴。