寻地球热能良机,地球热能开采

来源:http://www.revjohnhenson.com 作者:科技视频 人气:87 发布时间:2019-09-08
摘要:借他山之石 寻地热良机 地热开发“第二春”乍暖还寒 如何让中国地热的步伐迈得更踏实,不断学习国外的先进经验、引进技术、交流合作,是地热行业专家们努力的方向之一。 我国地

借他山之石 寻地热良机

地热开发“第二春”乍暖还寒

如何让中国地热的步伐迈得更踏实,不断学习国外的先进经验、引进技术、交流合作,是地热行业专家们努力的方向之一。

我国地热行业发展至今,技术可行性日渐成熟,但相关细节仍然值得斟酌、改进和完善,一些不可忽略的问题,需要重视,及早发现、及早解决。《中国科学报》拟从技术、国际借鉴等角度解读我国地热发展现状,以期地热能真正发挥作用,为生态文明建设作出更大贡献。

■本报记者 贡晓丽

■本报记者 贡晓丽

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一直以来,地热能常被放在太阳能、风能等可再生能源的“等”字里,不为大多数公众所熟知。

找准自己的发展优势才能从地热资源中真正获益。图片来源:百度图片

2017年伊始,国家发改委、国家能源局和国土资源部联合发布了《地热能开发利用“十三五”规划》,被看作为地热能发展绘制的宏伟蓝图。

近日,亚洲开发银行签署了2.5亿美元的贷款融资协议,旨在向冰岛极地绿色能源公司和中石化绿源地热能开发有限公司提供贷款,用于在中国北部雾霾严重的地区开发清洁的地热能。

“虽然《规划》明确了发展目标,但一年多以来,地热方面取得的成绩并不尽如人意,在供暖、发电方面与《规划》目标还有很大的差距。”中国能源研究会地热专业委员会专家委员会主任郑克棪表示,其中在交叉管理、矿业权审批等层面仍需改进和完善。

地热集中供暖这一替代方案具有可持续、稳定、比煤或天然气的成本效益高、零排放等优势,与现有供热管网相整合后可替代原有热源。“这是一个不错的进展,说明国际金融机构看好中国北方地热供暖产业前景。”中国地球物理学会地热专业委员会主任庞忠和向《中国科学报》记者表示,此举具有中国地热发展风向标的意义。

我国的地热能开发利用始于20世纪70年代地质学家李四光提出的“开发地热能源,向地球要热”号召,发展一段时间后由于效益不确定、发展路径不清晰而遇冷。

因为雄安新区,大家认识了AGEC,其与中石化的合资企业正式成立于2009年,该企业投资了4亿元人民币在当时尚不出名的雄县。最初的想法,是将已在北欧经过测试的技术落地中国北方。

当前,由于雾霾治理、能源结构调整的现实需求,以及开发利用路径、方向逐渐明确,我国的地热能开发利用迎来了第二个春天。中国科学院院士、水文地质学家汪集旸认为,这其中最关键的一点,就是国家对地热开发利用的重视。进入“十三五”以来,国家密集出台对地热开发利用的政策,最具标志意义的,就是《规划》的出台。

如何让中国地热的步伐迈得更踏实,不断学习国外的先进经验、引进技术、交流合作,是庞忠和等地热行业专家们努力的方向之一。

《规划》预期在“十三五”期间,我国将新增地热能供暖面积11亿平方米;新增地热发电装机容量500兆瓦。到2020年,地热供暖面积累计达到16亿平方米,地热发电装机容量约530兆瓦。

全球地热资源的利用方式可分为直接利用和发电,这两类地热利用市场均占据重要地位。

“《规划》明确了‘十三五’时期我国地热能发展的指导思想、基本原则、发展目标、政策导向和重点内容,是‘十三五’时期地热能发展的总体蓝图和行动纲领。”

据庞忠和介绍,截至2015年,世界地热发电的总装机容量为12.6吉瓦。从各类机组装机容量上对比,闪蒸发电系统占据主导地位,占所有系统的61.7%。利用高温地热资源的干蒸汽凝汽式发电占22.7%,而面向中低温地热资源的双工质发电近年来发展很快,占14.2%。

“地热能产业规模将实现翻番增长,地热能的利用将在替代燃煤供暖、减轻雾霾中发挥重要作用。”

他指出,欧美等发达国家地热发电稳步增长,土耳其增长速度最快,发展中国家肯尼亚增长量最大。预测2020年世界总装机容量将达到21.4吉瓦。

“地热的春天来了,我们要撸起袖子加油干!”

据了解,截至2015年,直接利用地热能的国家增加到82个,直接利用的总装机容量约为70329兆瓦时,在2010年数据的基础上增长了45%,复合年增长率为7.7%。

这是地热界人士在《规划》出台后接受《中国科学报》记者采访时,表现出来的激动与信心。

作为非传统地热田之一的干热岩,在澳大利亚被认为潜力巨大,位于南部的夏宾奴EGS项目,2013 年运行了160天,装机容量1.0兆瓦电力。

随后,北京市、河北省、河南省、山西省、辽宁省等多个省市也纷纷出台相关规划,结合当地情况制定了地热能发展目标和时间路线图。

中国能源研究会地热专业委员会专家委员会主任郑克棪认为,澳大利亚从压裂到成功发电时间短有其独到的特点:澳大利亚开创了在古老花岗岩中凭高放射性含量积累高热流;定向压裂专利,创造了最远的对井连通距离1300米,建造了世界最大的地下热交换器2千米~3千米。不过,其在经济成本、多项技术细节等方面仍有需要改进之处。

虽然2017年被誉为值得地热界铭记的年份,但在郑克棪看来,尽管《规划》出台在前,这一年的地热发展仍不尽如人意。

冰岛在数年前开展的超临界地热流体深钻计划,目的在于探索利用地下4千米~5千米深处的高焓超临界地热流体来提高地热钻井能源输出功率的可能性。计划2020年之前完成3个4千米~5千米深的深部钻孔。

“在推广北方地区冬季清洁供暖的过程中,北京的去煤化改造措施没有新增地热供暖。”在近日举办的第七届中深层地热资源高效开发与利用国际会议上,郑克棪介绍说,2017年北京农村煤改电、煤改气组成中,地源热泵仅占1%。

利用中低温地热能的有机朗肯循环发电技术发展较快。在担任联合国地热专家的数年时间里,庞忠和到访过的多家ORC地热电厂,运行平稳。

地热发电方面,相对于2020年新增装机容量500 兆瓦的目标,2017年仅完成不到2兆瓦,且只是民营企业积极性有所提高。据介绍,河南三全集团郑州地美特新能源科技有限公司在云南省瑞丽钻了地热井,安装发电设备,3台机组各发电400千瓦,为我国地热发电增加了1.2兆瓦。四川康盛能源开发股份有限公司在康定县小热水地热田钻成的温地热井安装了发电设备,发电200千瓦。

土耳其1968年发展地热发电,我国开始于1970年,此后,两国分别只有20多兆瓦的装机容量,维持了30年左右。2010年,土耳其地热发电量达82兆瓦,是中国的3.4倍;2015年是中国的14.7倍;2017年达1005兆瓦,是中国的34.6倍。

这些数字与《规划》所制定的目标相比还有非常大的距离,让地热开发利用平添了一些“乍暖还寒”的意味。

土耳其为何发展如此迅速?郑克棪认为,一是议会认可,土耳其要发展地热;二是《地热法》随之颁布为开发商铺平了道路。

“中国地热发电应该借鉴土耳其经验。”郑克棪表示,这个创造了地热发电世界最快速度的国家,经验只有两条:一是议会通过决议发展本国地热资源;二是地热立法,凡投资地热发电的均给予政策优惠。

技术发展离不开专业人才的培养。“冰岛政府承担的联合国大学地热培训部运行至今已经整整40年。”应邀参加该校近期校庆活动的庞忠和介绍,“即使在2008年受到金融风暴的袭击也从未中断。”

在“十二五”期间,民企江西华电投资开发西藏羊易32兆瓦地热电站时,郑克棪等专家就呼吁将之作为国家示范工程,并给予上网电价支持。然而该动议未获通过,羊易工程至今未能新增发电装机容量。郑克棪认为,没有地热立法、地热发电上网电价的优惠政策也没有固定文件,这些都是阻碍地热发电的因素。

长期的努力带来了回报,冰岛地热技术被很多国家所认可。在非洲的肯尼亚等地,地热发电项目的主力是冰岛人;在我国,地热供暖行业国外企业只有冰岛企业介入。“冰岛的地热培训不仅为冰岛企业开拓了市场,还为冰岛在世界上塑造了良好的形象,最近几年冰岛旅游业获得快速发展,也与其知名度的不断提高相关。”庞忠和坦言。

立法之外,中国地热要想顺利发展,还需要克服一些不正确的认识。“对地热开发预设探矿权是不合理的,强调采灌均衡也限制了合理开采。”郑克棪强调。

中国与冰岛的地热源情况并不相同,冰岛的经验难以完全复制,但仍有很多值得我们学习的技术和理念:冰岛的常规地热资源丰富,但仍花大力气研发前沿技术,其深钻计划已于去年获得470摄氏度的流体,在高效率发电研究方面迈出重要一步。“技术之外,冰岛的创新精神与着眼长远的意识同样值得借鉴。”庞忠和说。

由于过去固体矿山在开采过程中存在环境污染、地下水枯竭、尾矿渣堆放不稳等问题,国土资源部为整顿矿业秩序,对固体矿产设置预设探矿权,申请探矿者只能在预设探矿权范围内选择。

我国地热资源开发利用起源于上世纪70年代,但由于路径不明确,照搬国外做法主攻发电而走了弯路。当下,积极借鉴国外的先进经验,找准自己的发展优势才能真正从地热资源中获益。

在郑克棪看来,地热开发只有一个井口,并不影响到一片面积的环境问题,开发商愿意自己承担风险,在自己的地皮上钻一口地热井,本无可厚非,以不在“预设矿权”范围内为由不予批准,这是对地热开发的阻碍。

中国科学院院士、中国地源热泵产业联盟名誉理事长汪集旸就曾撰文指出,目前我国地热资源的开发利用方向应该是热电并举,以热为主,深浅结合,由浅及深;东西兼顾,西电东热;干湿有度,先湿后干;“一带一路”,地热先行。

另一项阻碍地热利用正常发展的因素则是强调采灌均衡。“现在多地地热管理者提出要求‘均衡采灌’‘100%回灌’,否则不予批准开采。”郑克棪表示,这是矫枉过正,没有必要。

我国地热资源的禀赋是中低温多、高温少,所以要以直接利用“热”为主。2015年,在近50个利用地源热泵的国家中,中国的年利用热能已占世界的30.86%,在所有国家中排名第一。究其原因,郑克棪指出,国家有节能减排的任务需要;国家和地方都给予了优惠政策;地源热泵的技术成熟;中国地源热泵已经形成强大的产业队伍。

不准消耗地热可再生资源是认识的误区,地热资源做到可持续开发就是最佳目标。“控制合理水位下降的可持续开发可以最大限度合理开发利用地热能,”郑克棪表示,如今北京加大地热回灌,实现了规模化生产性回灌,使地热田的水位控制在年下降1米左右。“这种100年下降100米的速率符合可持续发展,不会造成百年后抽不上水的困境,是可行的。”

2017年,一批国家重大建设项目采用地热“两能”为建筑供暖、制冷,无疑是对地热能开发利用技术的肯定。北京城市副中心核心办公区一期项目,采用地热“两能”为240多万平方米建筑供暖、制冷;在北京新机场建设项目中,目前已确定有近250万平方米的机场配套建筑采用浅层地热能进行供暖、制冷。

另外,将地热资源混同为地下水管理也是不妥当的。据悉,《北京市地热资源管理办法》中称“开采热水型地热资源,必须凭市地质矿产行政主管部门核发的允许开采通知书到市水行政主管部门办理取水许可证,凭取水许可证到市地质矿产行政主管部门办理采矿许可证”,郑克棪认为,地热资源与地下水开采两者完全不同,不能混淆。

地源热泵技术虽然已经成熟,但在我国的发展空间仍然很大。“今后的要点是加强项目监管和质量保障,不断提高系统效率、降低成本。”庞忠和同时指出,对于地下水源热泵不应该一棍子打死,应该发展完井和回灌技术,同时加强环保监管和执法力度。

“地热资源一般深度大,储存在坚硬的岩石骨架中,开采地热流体造成热储压力下降,但表现为液体下降,基本不会导致地面沉降。”郑克棪表示。

2017年发布的《地热能开发利用“十三五”规划》中制定了更高的发展目标,新增浅层地热能供暖面积11亿平方米;新增水热型地热供暖面积4亿平方米;新增地热发电装机容量500兆瓦。

对于地热发展,郑克棪认为,需要像治理雾霾一样,发现问题,找准原因,针对解决。“实现《规划》目标不光需要地热界和地热人的埋头努力,全社会提高认识,政府改进管理、克服阻力才能夺取更大的胜利。”

“我们国家从来没有像现在这样重视开发利用地热能。”庞忠和认为,为了实现“十三五”目标,当前紧迫的事情主要是:去除地热利用的矿权壁垒;保障地热发电上网并享受优惠扶持电价;对煤改地热供暖给予必要补贴。

《中国科学报》 (2018-04-12 第5版 技术经济周刊)

《中国科学报》 (2018-04-26 第7版 产业)

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