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郑教授谈地热能行业发展如何实现新突破

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  来源:《中国能源报》     发布日期:2018-06-05
核心提示:地热发展如何突破?地热界人士要从现在起持续努力,有望至2030年前后完全成熟才可能出现转机,目前则处于地热开发的关键时期。
      作为一种储量大、分布广、清洁环保的可再生能源,地热发展越来越受重视。随着2017年首份国家级地热规划发布,我国地热开发利用进入一个全新机遇期。在机遇到来的同时,也面临着一定的挑战,需要我们反思、总结经验。那么究竟是什么阻碍了我国地热的发展?我国地热开发还需重视哪些关键技术?日前,中国能源研究会地热专业委会专家委员会主任、中国地源热泵产业联盟专家委员会主任郑教授展开分析。 

      发展现状远低于预期 

      2017年初发布的《地热能开发利用“十三五”规划》(下称《规划》),为地热发展带来新机遇。长期以来,地热能常被放在太阳能、风能等可再生能源的“等”字中一略而过,不为大多数公众熟知。去年首次在国家层面明确专项规划,尽管业内一片欢呼,认为地热盼来了“第二个春天”,但一年多来,实际成绩并不尽如人意。 

      地热发电方面,2017年新增装机容量仅为1.4兆瓦。其中包括,云南瑞丽钻井上马的3台400千瓦机组,及四川康定小热水地热田钻成高温热井后安装的200千瓦发电机组。这一体量虽突破了2016年的“零进展”,但相比《规划》提出的2020年新增装机容量50万千瓦目标,差距甚远。 

      地热供暖方面,对北方冬季清洁取暖在技术、经济上的可行性评估发现,地热供暖优势突出,尤其是地源热泵更为适用。但仅以北京为例,去年改造中“煤改气”占比12%、空气源热泵占67%、蓄热电暖气占19%、地源热泵及太阳能各占1%,真正实现地热供暖的几乎为零。按照《规划》,2020年京津冀地区地热能年利用量要达约 2000万吨标准煤,但至目前,北京尚无一口真正意义上的地热井。 

      以地热发电为例,我国目前在世界25个采用地热发电的国家中,已长期徘徊在30兆瓦的体量,排名第18位。但实际早在上世纪70年代,我国便已建成7个中低温地热发电厂,总装机容量1550千瓦。从技术上看,我国并不落后。 

      然而,受“技术上可行、经济上不可行”观点的影响,当时6处电厂陆续关停,地热开发就此“遇冷”。同期在国外正为降低成本、提高效率而努力研究,效益不断提高,而后再生产、再研究。相比之下,我们停顿、落后了,可以说,我国丢失了30年的地热发电研究,应吸取教训。 

      地热回灌技术存误解 

      从国际经验看,地热发展离不开国家立法及相关政策支持。除此之外,我国地热开发要想顺利推进,还需克服一些不正确的认识,如对回灌技术的争议就是重点之一。 

      回灌是指为避免地热废水直排引起地热水位下降而采取的措施,主要包括砂岩回灌、裂隙热储回灌技术。目前,不少管理者提出强制采灌均衡、100%回灌、“以灌定采”等要求,否则不予批准开采。我认为这是矫枉过正,并无必要。 

      一方面,尽管各地区地质条件不同,砂岩回灌却是国际公认的一项难题,有时在技术上的确无法实现100%回灌。但国际通用观点是,技术、经济综合考虑,如果经多次过滤、加压回灌的设备和用电开销比利用地热水水量收益还高,就成了“赔本买卖”。 

      另一方面,大地并不是一个封闭的“盒子”,越往地球中心温度越高,表面热量如被取走,地心的热量就会逐渐补充过来,因此地热属可再生能源,不准消耗是一种认识误区。如北京通过合理技术手段,可实现规模化生产性回灌,尽管未达到100%,但将年均下降水位控制在1米左右,按照100年下降100米的速率计算,并不会造成百年后抽不上水的困局。从技术层面,地热资源做到可持续开发就是最佳目标,就能最大限度利用地热资源。 

      有些开发商为图便宜,请地方钻井队钻井,质量也无保障,造成抽水出砂、回灌就堵塞。对此,我国专业地热院所的成绩较为突出,如北京小汤山地热田灌采率为54%,去年北京4个地热田的水位仅抬升0.33-1.22米;天津每年回灌地热水1000万立方米,体量为全国最大。 

      根据京津两地经验,要做好回灌技术还需重视每个环节,全流程的监测不可缺少。首先从钻井环节就应保证优质井,天津甚至还创造了砂岩回灌井新的成井技术。同时,重视一切经过试验,认真做好回灌水的过滤、精滤,根据需要适当加压回灌,适时做好灌后回扬,及回灌研究和模型预测。 

      地热关键技术待突破 

      地热能的优点在于钻井得到高温热水或蒸汽后,一天24小时、一年365天皆可使用。世界统计数据显示,地热发电的年利用时间是72%,而水能、风能和太阳能对应比例分别为42%、21%和14%。相比之下,地热能在可再生能源中的可利用时间最长,但开发需要钻井、开采、建厂多项配套技术,且地热资源随地质构造条件的差异明显,应用耗时较长、难度更大,迄今仍是可再生能源中的“小弟弟”。 

      地热发展如何突破?地热界人士要从现在起持续努力,有望至2030年前后完全成熟才可能出现转机,目前则处于地热开发的关键时期。 

      例如,从地热发电来看,国家要求加强高温地热资源勘探任务,积极为“十三五”和今后地热发电做准备,但这需进行地质调查、地球化学及物理勘查,然后在选定的位置钻勘探孔,钻井完钻后再做产能测试等技术,实施过程难免耗时。科技部“十二五”《中低温地热发电关键技术研究与示范》项目的成果可供利用,但还达不到产业规模。预计到2020年,可实现“十二五”目标的3倍,装机容量达15万千瓦。 

      从浅层地温能供暖看,热泵技术是其发展关键。2007-2010年是我国地源热泵发展最快的时期,年累计增长率超过40%;2010年后年均增长率仍高达27%,远高于世界同期18%的增速水平。按照“十三五”期间达到11亿平方米的目标,5年需增加7亿平方米,相当于平均年累进增长率22.5%,继续加把劲,这应有可能完成。 

      从干热岩来看,利用增强地热系统技术(下称“EGS技术”)进行开发,是被称为“21世纪地热能未来”的世界前沿技术。常规高温地热能受制于地质条件,而干热岩基本不受地域影响。在相距数百米的地下钻两个400米或更深的井,用压裂技术在两井之间造出连通的人工裂隙,一口井注入凉水,另一井中就能产出高温蒸汽和热水,供地热发电及余热利用。 

      2011年以来,法、德等发达国家相继建成千千瓦级EGS电站商业运行试点,破解常规高温地热资源的局限。我国现仍处EGS研究关键阶段,要在2050年实现1500万千瓦干热岩EGS发电,需首先在2020年左右突破千千瓦级发电,以保障后续加速发展。 (文/朱妍)

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