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地热能开发利用能否再现“羊八井”时代?

发布时间:2017-08-25

    我国的地热能开发可以说是“雷声大,雨点小”。在长达30多年的时间里,中国地热界中惟一能“拿出手”的项目也只有羊八井。目前,美国地热发电装机容量超过了3000兆瓦,菲律宾接近2000兆瓦。2014年底,我国地热发电总装机容量为27.28兆瓦,目前全球使用地热发电的国家有24个,我国排在第18位。而造成我国地热发电逐渐落后于其他国家的主要原因是开发利用中的科研投入不够,地热利用技术发展失衡,特别是资源勘探、高温地热井钻井等核心技术。

  据新华社消息,经过8年时间的勘查和评价,新疆国土资源部门近日验收确定,在位于新疆帕米尔高原的塔什库尔干塔吉克自治县发现两处总面积达15平方千米的地热资源。其中,塔县曲曼村高温地热田为大型,面积达8平方千米,地热流体温度在100℃左右,部分在140℃以上,在地热资源范围、热存储条件上被认定为仅次于西藏的羊八井,居全国第二;在塔县县城西侧的低温地热田,面积达7平方千米,地热流体温度36℃,最高温度可达54℃。

  新疆地热田的发现,着实令业内振奋,同时也引发了一系列思考——我国地热能家底知多少?其开发利用的现状如何,地热发电为何踟躇不前?在当前政策、环境、市场的多重利好下,地热能开发能否再现“羊八井式”的黄金时代?

  摸家底

  不久前,中国地质调查局发展研究中心授权中国矿业报社独家公开发表的《2017年上半年全国地质勘查形势分析及未来》报告显示,随着我国经济结构调整的不断深入,不同矿种资源的需求在持续分化,战略新兴矿产和非常规能源矿产勘查投入稳定上升,并由此判断地热、三稀等战略新兴矿种的矿产勘查将进一步受到重视,同时建议加大地质勘查绿色转型力度,牢固树立“绿色”理念,积极推进地质勘查战略性结构调整,加强低碳、环境友好型、战略新兴矿种矿产资源调查,推进地热、三稀等资源调查评价。

  事实上,地热资源调查评价与勘查早已列入国土资源部、中国地质调查局的计划日程中。“十二五”期间,中国地调局组织完成了336个地级以上城市浅层地温能调查,31个省(区、市)地下热水资源调查,启动了干热岩资源调查,基本查明我国地热资源赋存条件、分布特征与开发利用现状,初步评价了全国地热资源量。其对全国地热资源量的初步评价结果显示,我国地热资源年可开采量折合标准煤约26亿吨,现年开采量仅相当于2100万吨标准煤,开发潜力巨大。

  相关统计数据显示,我国是地热资源相对丰富的国家,地热资源总量约占全球的7.9%,可采储量相当于4626.5亿吨标准煤,主要以中低温地热资源为主。其中,高温地热资源(热储温度≥150℃)主要分布在藏南、滇西、川西以及台湾省;中低温地热资源分布广泛,几乎遍布全国各地,主要分布于松辽平原、黄淮海平原、江汉平原、山东半岛和东南沿海地区。

  据记者了解,“十三五”期间,国土资源部将开展万米以浅地热资源探测重大科学技术研究,为地热资源的全面勘查开发提供技术保障;以完成的336个地级城市浅层地温能调查评价为基础,继续扩大浅层地温能调查评价范围;在以往开展的重点地区地热资源勘查以及全国地热资源普查的基础上,争取在国家层面上设立地热勘查专项,摸清中心城市地热资源总量;开展重点地区干热岩调查,圈定靶区,评价开发利用潜力,利用3~5年时间,初步建成2~3个干热岩勘查开发示范基地;组织实施第三轮矿产资源规划,推动清洁能源示范与循环利用,创新开发利用模式,提高地热资源利用比重,促进地热资源勘查开发利用进入规模化阶段;配合有关部门大力促进地热资源开发利用,制定相关法规,完善地热资源勘查开发技术标准,不断规范地热资源勘查开发行为,保障地热资源科学合理开发利用,力争大幅提升我国地热资源开发规模和水平。

  据此,中国地质调查局启动了地热资源调查评价工程,在“十三五”期间加强开展浅层地温能、常规地热及干热岩相关工作。

  而作为我国“地球深部探测计划”的一个重要组成部分,我国地热探测与地热能利用方案也已拟定。依据该方案,深部地热资源探测将揭示深部地热资源赋存机理,形成地热资源探测与开发利用技术体系,评价地热资源量,搭建地热资源科学开发利用平台,提出区域地热资源科学开发利用战略布局,促进我国地热能大规模开发利用及产业化;其目标是,到2030年,建立地热能源探测与规模开发成套技术,突破干热岩高效利用核心技术,为地热能源占国家一次能源消费总量达3%提供科技支撑。

  促开发

  作为一种集水、矿、热为一体的能量资源,地热能中的高温地热主要用于发电,中低温地热通常直接用于采暖、工农业加温、水产养殖及医疗和洗浴等。此次新疆发现的曲曼地热田属高温地热,根据地质结构及长期测温测压分析,可稳产百年以上,具有热储埋藏深度浅、易开采的特点,适用于烘干、发电、采暖、医疗、洗浴、温室等,而塔县县城西侧的低温地热田可用于温泉理疗和旅游开发。据了解,塔县已投资1.97亿元建设采暖设施,供热面积可达40万平方米,将可解决周边1.2万人取暖问题。

  对于高温地热,业内人士比较普遍的看法是,地热发电是地热利用的最重要方式,高温地热流体应首先应用于发电。谈到高温地热,不得不提西藏。西藏位于全球地热富集区,地热资源丰富且品质较好,有各类地热显示区(点)600余处,高温地热资源占全国地热总量的80%。而羊八井地热田位于西藏当雄县羊八井镇,海拔比较高,是世界著名的大型地热田之一,面积达14.62平方千米。1977年,我国大陆第一台兆瓦级地热发电机组在羊八井成功发电。

  据中国工程院院士、曾在羊八井工作30多年的多吉介绍,上世纪七八十年代,我国地热利用跟国际水平是同步的,技术上不分上下,发电装机容量世界排名第八位,低温70摄氏度能够发电,即使是在海拔4000多米,温度、热频度不高的情况下都能发电,这在国际上都是没有先例的。

  据了解,羊八井地热田热储资源可分为浅层热储和深层热储,目前用于电力生产的主要为浅层热储,羊八井地热发电公司共装机2.4万千瓦,自1974年正式投运至今,共计发电量为30亿千瓦时,目前正常投运浅层井为16口生产井。羊八井不仅是我国最大的地热电站,也是世界上惟一一座利用地热潜层热储进行工业性发电的电厂。

  可以说,羊八井热电站开启了我国地热发电的黄金时代,成为我国在国际上享有盛誉的代表。

  用地热来采暖(制冷),也成为地热开发利用的一大方向。这其中地源热泵技术由于成本相对较低、技术难度不大而备受推崇,并在我国实现了快速发展。有人将地源热泵比喻《白鹿原》里冬暖夏凉的窑洞。与窑洞居住在厚厚的“土层”中利用土壤特性的原理类似,地源热泵所服务的建筑虽然都是处于地面之上的,但是其为室内供热供冷的冷热源却是来自于地下。地源热泵通过深埋于建筑物周围的管路系统,在夏季将建筑物中的热量“取”出来,释放到水体或土壤中去,以达到夏季给建筑物室内制冷的目的;而冬季,则是通过地源热泵机组,从土壤或水源中“提取”热能,送到建筑物中采暖。

  据统计,2015年底,我国浅层地热能供暖面积达到3.92亿平方米,全国水热型地热能供暖面积达到1.02亿平方米。目前,京津冀地区地热供暖达到了总能源利用率的10%,预计2020年地热能供暖年利用量达到4000万吨标准煤,京津冀地区地热年利用量将达到约2000万吨标准煤。

  可以肯定的是,截至目前,我国浅层和水热型地热能供暖技术已基本成熟,浅层地热能的应用范围已扩展至全国,其中80%集中在华北和东北南部地区。

  而依据《地热能开发利用“十三五”规划》,“十三五”时期我国新增地热(制冷)包括新增浅层地热能供暖(制冷)面积7亿平方米,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。到2020年,地热供暖(制冷)面积累计达到16亿平方米,地热发电装机容量约530兆瓦。可以预见,随着地热能市场的进一步发展,地热能将为居民住宅提供区域集中供暖,使这种清洁、高效、廉价的能源变成日常不可或缺的经济生活能量来源。

  此外,种植业、养殖业、旅游度假等也成为地热开发综合利用的重要领域。

  “我国的地热资源储量是相当巨大的,目前开掘出来的,仅仅是其中的一小部分。”一位业内人士表示。

  破瓶颈

  值得注意的是,西藏羊八井地热电站是目前我国惟一持续发电的地热电站。“在长达30多年的时间里,中国地热界中惟一能‘拿出手’的项目也只有羊八井。”多吉院士称,目前,美国地热发电装机容量超过了3000兆瓦,菲律宾接近2000兆瓦。2014年底,我国地热发电总装机容量为27.28兆瓦,目前全球使用地热发电的国家有24个,我国排在第18位。

  “上世纪七八十年代,国家在羊八井对地热发电进行了一定的研究开发,但之后一直没有进行新技术、新设备的开发,直至2008年龙源电力将双螺杆膨胀动力机运用到地热发电上。但是,龙源电力的这个项目仍存在不完善之处,比如结垢、腐蚀问题还没有得到有效解决。此外,地热回灌目前在国内还是个大问题,会造成地表污染和地热资源的枯竭。”龙源西藏新能源有限公司总经理张晞曾公开表示。

  在张晞看来,从现有经验看,地热利用还面临着一些困难和问题需要解决,政策方面由于地热资源在地下的分布比较难以确定,所以地热开发的成本具有很大的不确定性,需要国家在政策、资金方面加以扶持,当前断言“十三五”地热发展速度将在新能源中称雄,为时尚早。

  对此,多吉院士也强调,造成我国地热发电逐渐落后于其他国家的主要原因是开发利用中的科研投入不够,地热利用技术发展失衡,并逐渐落后于其他国家,特别是资源勘探、高温地热井钻井等核心技术。

  据了解,开采地热井的造价颇高,如果按照2千多米的钻井深度,每口井的造价成本为500万人民币左右。如果国家没有大力投入资本,仅靠企业的力量是无法满足开采的需求。而地热发电一直是地热能开采利用的“老大难”问题。

  事实上,上个世纪80年代后期,国家在地热开发利用上基本不再投入,并在相当长的一段时期内也停止了相关的地热资源勘查与评价工作,从而导致我国对现有的地热资源该如何利用并没有科学的规划,包括如何配置已探明的储量,如何统筹用于发电及供暖的比例等。

  “这几十年来,地热发电止步不前的主要原因是国家对这个行业投入太少,除了电价有补贴,其余的资金全由企业来支付,压力很大,而且现在的电价补贴仍然不够。”一位业内人士表示。

  而对于发展较为迅速的地热供暖领域,也有业内人士表示,目前地源热泵还存在着一些技术和经济上的壁垒。鉴于空气源热泵和燃气、燃煤供热技术较为成熟,相较于这些传统供暖形式的便利性,地源热泵还得考虑普通的供暖空调技术与钻井技术相结合的综合利用。另外,由于钻井费用或能占到整个系统初始投资的30%以上,再加上安装维护费用较高,这些因素均使得部分投资者们仍然不敢放开投入。

  业内人士认为,该领域的主要问题是责任主体与监管主体的工作没有到位。近年来,我国地热采暖增长的速度在世界上是最快的,如果管理控制不当,将对已开发地区的资源可再生和环境造成近期难以恢复的恶果。

  需“撑腰”

  尽管当前地热能开发利用正处于天时地利人和的绝佳机遇期,但若实现长足可持续发展甚至是“弯道超车”,依然任重而道远。毕竟,政府的主导、资金的投入、技术的支撑、监管体系的完善等问题的解决,不可能一蹴而就。

  而在推进地热能开发利用的实践中,国家的引导不可或缺。对此,一位业内人士表示,国家要引导市场、拉动市场,加大技术投入和优惠政策的支持力度,就像走路一样,在看不到路的情况下,谁都不敢走,必须国家探路,开辟一个比较安全的路子,企业才能跟进。同时,核心的、公益性的投入需要国家去做。

  “由于受地质条件复杂性的影响,我国地热资源勘查具有一定风险,民营企业确实难以承受全部风险。如果国土资源部等政府部门能设立风险基金,为某些先驱项目‘撑腰’,则能极大程度地推动中国地热能的发展。”中国能源研究会地热专业委员会主任郑克棪表示。

  在关键技术研发和人才培养上,多吉院士表示,需要国家加大投入,虽然我国供暖地热能利用全球第一,但很多核心技术,如物探、化探、地质勘探设备以及发电技术与国外相比差距较大,基础研究也是相对滞后,这都需要国家强有力的支持。在这方面,美国发展地热有环境保护、前期风险投入等,而我国以羊八井为例,其发电系统设定年限是30年,但由于没有资金投入,到现在系统都没有更新。再就是维护成本,现在运行维护人员是100多人,如果技术跟进,自动化程度提高,只用七八个人就可以了。

  依照当前的地热能发展情况,除了技术支撑和国家政策支持,最需要的就是培养和引进专业技术人才。“我国应当注重培养地热专业技术人才,地热专业技术人才相当缺乏——尤其是地热资源勘探方面,这已成为业内普遍面临的难题。”

  此外,国家要在地热能源的开发利用上起到宣传和示范作用,提高大众认知程度,在地热资源综合利用起来以后,推进新型产业发展,从而带动就业和产业扶贫。

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