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地熱能具有戰略型能源潛質

來源: 中國電力新聞網      日期:19.03.26

  編者按 全球能源轉型,正值其時。自20世紀70年代美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室提出干熱巖地熱能概念以來,干熱巖地熱能作為一種新興的地熱能源,受到了世界各國的高度重視。目前,正值能源低碳轉型關鍵期的中國,也開啟了對這種綠色、清潔、高效能源品種的戰略性布局。

  據青海省自然資源廳透露,共和盆地干熱巖勘查與試驗性開發科技攻堅現場啟動大會將于近日召開,這意味著我國首個干熱巖開發示范工程即將落戶青海。

  近年來,地熱資源化身地熱能,從地熱直接利用轉向能源化利用。其中,干熱巖地熱地熱能具有能量大、分布廣、利用率極高、安全性好、無污染、可實現綜合梯級利用等特點,被認為是地熱能開發的未來,面向未來的戰略型能源。

  從水熱型走向干熱巖型

  近年來,基于對氣候環境的高度關注,世界各國紛紛制定各自的能源轉型戰略。在諸多清潔環保的能源種類中,地熱能以極高的清潔性、運行穩定性和空間分布廣泛性脫穎而出,受到重點研究和開發。

  地熱資源若按其產出條件,可分為水熱型和干熱巖型。當前,水熱型地熱是世界各國主要開采和利用的對象,在溫室栽培、水產養殖、溫泉洗浴、供暖制冷等領域大放異彩。未來,全球對地熱資源的開發將從直接利用向能源化利用轉變,將地熱用于發電就是實現這一轉變的載體。

  與風電、太陽能等可再生能源相比,地熱發電不存在波動性和間歇性,可以作為基礎載荷,保持電網安全穩定運行。不過,淺層地熱因溫度限制,無法滿足發電的需要;中高溫地熱因規模限制,尚不能扛起可再生能源發電的大旗。而資源量更加豐富、溫度更高的干熱巖,可以在發電的同時實現能源綜合利用,被認為是地熱能發展的未來。

  干熱巖是地球給予人類的饋贈,其本質是地核所形成的熾熱熔漿散發出熱量,向上傳導穿過地幔接近地殼,而地殼不含水巖層或者流體極少的巖石層就會獲得高溫能量,從而形成干熱巖。為統一理解,學術界將干熱巖定義為一種不含水或蒸氣、埋深為3~10千米、溫度為150~650攝氏度的致密熱巖體。從理論上說,地球的任何地區,只要達到一定深度都可以開發出干熱巖,干熱巖也因此被稱為無處不在的資源。根據公開的數據顯示,保守估計地殼中干熱巖所蘊含的能量相當于全球所有石油、天然氣和煤炭所蘊藏能量的30倍,干熱巖開發利用潛力可見一斑。

  “從能源角度看,地熱能具有穩定(不受季節和晝夜變化的影響)、效率高、安全、運行成本低、可綜合利用等優勢,且不依賴于外來運輸通道,可本地化利用,不受配電網制約。從發展的角度看,從水熱型逐漸走向干熱巖型,是地熱能源發展的必由之路。”北控清潔能源集團西藏事業部總經理楊耀廷在接受記者采訪時表示,干熱巖技術體系涉及鉆探、回灌、發電、梯次利用,是多重技術的孵化與整合,是水熱型地熱發電的技術升級與延伸。干熱巖地熱能解決的是世界未來能源的挑戰,是解決我國發展能源自主的重要方向。其作為一種戰略型能源,將在保障能源安全,推動綠色清潔能源替代,提升能源效率和經濟性等方面具有深遠意義。

  尚難走入商業化階段

  基于開發干熱巖的戰略性認知,20世紀70年代,美國開始研究通過增強型地熱系統來提取地球內部的熱量,進行干熱巖發電。英國、法國、德國、瑞士、日本、澳大利亞等國家緊跟其后,均開展了大量的干熱巖研究與試驗開發。

  “從上世紀70年代美國在芬頓山開始第一次干熱巖開發現場試驗,到現在已經近50年的時間。可以說,40多年的研究開發所得無幾,世界干熱巖開發總體上仍然處于試驗和示范階段,還沒有走入商業化階段。”中國工程院院士汪集旸表示,雖然世界各國熱捧干熱巖,但其在全球仍處于起步階段。

  汪集旸認為,與發達國家相比,我國對干熱巖的研究起步較晚,現階段需要回答好三方面問題:我國干熱巖該怎么搞,切入點在哪?干熱巖到哪兒去找,怎么找?如何開發利用?

  作為一種技術密集型產業,切入點自然是科技。2012年,科技部啟動高新科技863項目“干熱巖熱能開發與綜合利用關鍵技術研究”,開啟了我國專門針對干熱巖工程的研究。2017年,該項目通過驗收。該項目開展了干熱巖靶區定位技術與工程測試技術研究,建立了干熱巖開發實驗模擬平臺,開發了模擬干熱巖應用條件的3種防腐防垢工藝及涂層材料,為我國干熱巖資源開發利用提供了理論依據和關鍵技術支撐。

  開展資源普查和靶區優選則回答了第二方面的問題。2014年,國土資源系統分別在青海、西藏、四川、福建、廣東、湖南、松遼盆地、海南等高熱流區域進行了干熱巖資源地質勘查,并在青海貴德和共和、山東利津、廣東惠州、四川康定等地相繼開展干熱巖初步鉆探。2014年4月,青海省水工環地質調查院經過2年試鉆探,最終在青海省海南藏族自治州共和盆地2230米深度處鉆遇153攝氏度干熱巖;同年6月,在2735米深度處成功鉆獲168攝氏度以上的干熱巖;10月,青海省共和縣在2886米深度鉆獲181攝氏度的干熱巖。2015年5月21日,由中國地質調查局組織實施的首個干熱巖科學鉆探深井在福建省漳州龍海市東泗鄉清泉林場開鉆,鉆探深度達4000米,標志著我國干熱巖勘查開發進入實踐探索階段。

  “關于如何開發利用,目前普遍存在兩個誤區:一是不管開發出來的熱水溫度多高、流量多大,只要是在干熱巖里開發出來的都算;二是不計成本,為開發干熱巖而開發。”汪集旸表示,干熱巖的開發利用在國際上是有界定的。第一,溫度必須大于200攝氏度;第二,流量必須大于80千克/秒,即288噸/小時、6912噸/天。

  楊耀廷則透露,目前出現了借干熱巖概念推廣地熱源熱泵的現象。地熱源熱泵與干熱巖是兩碼事。熱泵其實是淺層地源熱泵的升級版,而干熱巖相對具有廣泛的戰略意義,是目前各國科研的主要方向。若刻意透支干熱巖概念,恐怕會對我國相關產業的發展帶來諸多副作用。

  發展方向為綜合與梯級利用

  “到目前為止,國外已經建立了試驗性質的增強型地熱系統工程31項,累積發電能力約12兆瓦。法、德、英等國聯合開發的蘇茨干熱巖項目是目前運行時間最長的示范工程,經過30余年的發展,當前裝機1.5兆瓦,且處于間歇運行狀態,主要考察系統運行的長期穩定性。”汪集旸指出,當前全球對于干熱巖的開發利用進展并不順利,干熱巖地熱能進入商業運營階段還需要走很長一段時間。

  放諸中國,隨著干熱巖開發工作的深入,越來越多的問題亟待找到解決方案。一方面是地熱能行業遇到的共性問題。例如,在管理機制方面,地熱開發涉及自然資源、發展改革、能源、水利等多部門,九龍治水,難免出現職責不清等現象,增加了地熱項目的審批難度和成本。

  另外,地熱能需提前納入城市發展規劃當中,在城市新區采取規劃優先、產業配套的模式。

  在礦業規劃上,宜采取優先申請、掛牌獲取、到期回收的方式。楊耀廷建議:“在礦權的獲取上,強調公平公正公開,并允許一定程度的轉讓,形成市場,讓不同的玩家進場。而在礦權審批方面,也應設定一定的門檻,對于圈而不建、不持續性投入等情況,要設置一定的退出機制。”

  另一方面,是干熱巖地熱能自身面臨的掣肘。首先,干熱巖地熱能的潛力評價和資源量評估、靶區定位等關乎我國干熱巖勘查工作怎么開展等一系列問題。經過近幾年的努力,我國初步建立了干熱巖靶區優選技術體系,圈定了干熱巖勘查開發靶區,揭示了我國干熱巖分布規律及其成因機制,形成了干熱巖資源評價技術方法,填補了我國在干熱巖勘查領域的空白。但整體而言,在干熱巖的成因、分布、勘探、評價、選區、開發、綜合利用等方面的研究還較為薄弱。接下來,這項工作需要更加深入、廣泛開展,合理劃分干熱巖地熱能的遠景區、有利區、目標區和開采區,進行地熱能資源量評估和綜合評價,并在干熱巖地熱能的孕育環境、熱構造系統、分布規律、形成機理、熱儲性質、勘查思路、能量評估、大規模開發及其與礦產、油氣、災害、環境、水文、工程的關聯性等方面加強研究。此外,建立一個可公開、供行業共享的數據庫也至關重要,將有利于干熱巖開發工作少走彎路、錯路。

  其次,越來越多的技術難題已經顯露出來。例如,當前在深鉆及水力壓裂儲層改造等方面存在的技術難點仍有待突破。需要充分利用和科學評估已有的地質、地熱、地球物理、水文、礦產、油氣、自然災害、環境地質、工程地質等調查和研究成果,開展多學科的交叉研究和聯合攻關。

  第三,干熱巖開發成本極高,資金回收期長,投入產出比低的挑戰凸顯。開發干熱巖需要巨大的資金投入,但當前干熱巖項目存在融資難題。據楊耀廷介紹,地熱發電站造價巨大,而電價補貼需采取“一事一議”,即先建成,后根據規模和發電量反算電價。這意味著,地熱電站在建設初期難以拿到銀行貸款。地熱發電項目也因此面臨著巨大的資金考驗。他建議,政府部門應出臺相關政策,引導市場資金進入地熱發電領域。并設立戰略新興能源基金,讓地熱能與風、光共同進入可再生基金范疇。

  “干熱巖地熱能未來的發展,是進行多重經營,實現梯級利用、多能互補、多產協同。”楊耀廷介紹,從地下取出的200攝氏度以上的熱水用于發電,之后還可以用于供暖供冷、溫泉洗浴、水產養殖等。梯級利用拉長了產業鏈,可以給項目運營商帶來較佳的收益。

  汪集旸則基于“地球充電寶”概念,提出“地熱+”多能互補儲供能系統。“據估算,儲存于地球內部的熱量約為全球煤炭儲量的1.7億倍,其中,可利用量相當于4948萬億噸標準煤,按目前世界年消耗190億噸標準煤計算,能滿足人類數十萬年的能源需求。”他認為,將地熱與其他可再生能源互補綜合利用,可實現較高的能源使用效率,做到天(太陽能)地(地熱能)合一,動(風能)靜(地熱能)結合,從而加速我國新能源和可再生能源發展。

責任編輯:高慧君  投稿郵箱:網上投稿

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