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专稿!荷兰加快地热能的发展

   2022-05-25 地源热泵网17310
核心提示:荷兰为了实现碳排放2030年减少49%、2050年减少95%的政策目标,需要从化石能源转向可再生能源。
 荷兰加快地热能的发展

Leonora J. Heijnen1,Melanie Provoost2

1荷兰能源管理公司(EBN),Daalsesingel 1,3511 SV Utrecht,荷兰

2地热平台基金会(SPG),Oude Delft 37,2611 BB Delft,荷兰

摘要:荷兰为了实现碳排放2030年减少49%、2050年减少95%的政策目标,需要从化石能源转向可再生能源。在荷兰,地热能是一种已被证明的供热可再生能源,但目前只有有限数量的运行装置集中在60~100℃的透水含水层。需要加快相对年轻的地热产业的发展,才能做出重大贡献。据预测,地热能可能会提供荷兰20%~25%的热量需求。荷兰地下由于数十年的碳氢化合物勘探和生产,形成了一个大型的地下公共知识数据库,为地热项目的开发提供了一个非常理想的起点。整合从碳氢化合物时代获得的知识和经验,对于地热产业的安全和负责任的发展是非常有用的和必要的。根据市场概述了需要解决的挑战,领导每个挑战的组织以及参与实现2030年30PJ(PJ=10^15焦)和2050年200PJ宏伟目标的利益相关者,编制了一份荷兰地热能总体规划。行动分布在6个主要重点领域:提高盈利能力;适当的立法和监督;安全有效的运行;公众支持;创新和热(分配)网络。在未来的几年中,地热行业的代表将在每个重点领域共同工作,加速发展安全和负责任的地热活动。荷兰政府已经为开发单独地热项目的地方制定适当的支持措施,项目范围为从担保基金到与荷兰能源管理国有公司(EBN)的公私伙伴关系。然而,在荷兰的部分地区,地下数据的数量非常少,因此认为地热项目开发的不确定性太高。荷兰政府已经承认了这个问题,并正在支持几个新的数据采集项目,以减少地下的不确定性。这些项目遵循源自碳氢化合物行业的基于作用的投资组合方法。为了调查地热在工业应用中的潜力,已经启动了一个超深层地热项目。在这个超深层地热(UDG)项目中协调开发深层地热能源项目。在第一个试点项目的探索和开发中5个联营企业密切合作,从而降低了每个单独项目的风险。来自碳氢化合物行业的知识和专业也被纳入超深层地热项目,确保这些试点安全和负责任的发展。在荷兰中部,地下存在具有高度不确定性的地区。这些地区通常人口密集,热量需求很高,但到目前为止,还不清楚是否可以使用地热能。为了进一步发展这些地区,荷兰政府启动了荷兰地热能源的地震勘查(SCAN,为荷兰语首字母缩写)项目。在该项目中,我们获得了区域二维地震剖面,并计划开发地热勘探井,以减少这些地区未来地热项目的地下不确定性。采用基于作用的投资组合方法,可以在勘探井和数据采集方面做出更好的投资决策。这将大大有助于大区域未来项目的发展。

关键词:荷兰,投资组合方法,开发,项目支持,去风险化,公私伙伴关系

1 概述

荷兰面临一项重要的任务:与1990年相比,到2030年二氧化碳将减少49%的排放,到2050年减少95%,这需要从化石燃料转向可再生能源。为了实现这些目标,荷兰必须比目前正在进行的速度快六倍来进行可持续转变。荷兰目前约40%的能源需求用于热能,总计960PJ,排放71万吨二氧化碳,约占荷兰二氧化碳排放总量的40%。据估计,由于更高效的流程、隔热性能的增加和人口有限的增长,热量需求将从现在的960PJ降低到2030年的930PJ和2050年的870PJ。到2050年,需要一种可持续技术的组合,以满足约870PJ的热量需求。需要各种解决方案来持续满足这种热量需求。地热能作为其解决方案之一,发挥着重要的作用。

在荷兰,地热能是一种已被证实的可再生能源,尽管它是一个相对较新的行业(Provoost et al.,2019;Vrijlandt et al.,2019;Bakema and Schoof,2016)。荷兰的规定在使用比500m浅的地热能和比500m深的地热能之间进行了明确的区别。本文主要研究了深度500m以下的地热能的利用问题。与满足未来挑战所需的运行装置相比,深度大于500m的运行装置的数量非常有限(Bakema et al.,2020)。2018年,该行业为960PJ的总热量需求贡献了3.6PJ或317MWth(兆瓦热量)。目前的增长速度约为每年新增3~5个系统(Bakema et al.,2020)。要想为2030年和2050年减少碳排放做出重大贡献,就需要显著加速相对年轻的地热产业的发展。

由于碳氢化合物的勘探和生产,荷兰地下已经被开发了几十年,形成了一个大型的地下知识数据库,为地热项目的开发提供了一个很理想的情况。《荷兰采矿法》规定,在荷兰获得的数据在五年后才能公开,这在世界上形成了一个相对独特的情况。荷兰的地热行业从公开数据中受益匪浅。然而,荷兰的地下非常不均匀,表明成分的复杂可变性,使地热项目的发展复杂化。

本文概述了该行业所确定的加速步骤,以及荷兰政府为增加地热对荷兰能源结构的贡献已经采取的步骤。

2 荷兰地热能源的总体规划

荷兰地热能源的总体规划是地热行业内部合作的结果,包括荷兰地热运营商协会(Dutch Association of Geothermal Operators,DAGO)、地热平台基金会(Stichting Platform Geothermie,SPG)、热网基金会和荷兰能源管理(Energie  Beheer Nederland,EBN)公司。总体规划描述了荷兰地热、地区供暖网络和供暖需求的潜力及相关行动计划,旨在以安全、负责任、可持续和具有成本效益的方式加速地热能的发展(SPG et al.,2018)。

为了采取适当的步骤来满足未来的热量需求,总体规划中的合作伙伴努力在2030年争取50PJ,2050年争取200+PJ的热量,作为整个可再生能源系统的一部分。到2030年,扩大温室园艺和连接城市环境中新的和现有的地区供暖网络是很重要的。从2030年到2050年,该规划主要集中在城市环境(地区供暖)和工业中直接使用中低温热量的升级,这取决于超深层地热试点的结果。2050年总体规划中地热能的可能贡献是《荷兰气候法》的加入。由于最近的强劲活动和对潜力的最新估计,荷兰政府设定的地热能目标是2030年15PJ,2050年110PJ。

总体规划中定义的活动分布在6个主要领域:提高盈利能力、适当的立法和监督、安全有效的运营、公众接受、创新和热(分配)网络。在未来几年中,该行业将在每个领域共同工作,加快发展一个安全和负责任的地热行业。图1概述了此行动规划。

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图1:荷兰地热能总体规划的优先级总结。为了安全、负责任、可持续和有效扩大地热能,需要在短期和长期内采取行动(SPG et al.,2018)

在未来几年中,总体规划将实现与来自行业和更广泛的价值链内外利益相关者领域的重大贡献。虽然总体规划的作者都将扮演重要和具体的角色,但价值链中的所有各方都能做出贡献。图2显示了利益相关者的领域和价值链。可以确定不同的利益相关者,如供应商和顾问,以及购买热量并将其从源头输送到最终用户的公司。预期的最终用户与知识和研究方一起,也是荷兰扩大地热能规模的合作伙伴。各种伞状组织也发挥着作用,如促进和协调地热能与其他形式的可持续能源和工业。中央政府和地方当局制定和实施必要的政策、法律、法规和监管结构,并就许可证申请等事项提供咨询意见。包括公民、当地居民和媒体在内的整个社会也将在塑造荷兰对地热能的需求和社会对地热能的接受度方面发挥重要作用。

 

图2:荷兰的地热能价值链和利益相关者(SPG et al.,2018)

总体规划已于2020年10月进行了评估,结果对总体规划发布两年内行业如何发展产生了积极的看法。已经采取了许多行动,其中一些主要行动仍在进行中。不同方在不同的主题上更紧密地合作,识别瓶颈并在彼此的对话中寻找解决方案。多项活动已完成,并更好地了解整个行业。预计2021年更新总体规划,其中将遵循同样的6个主题,并制定优先事项,以便能够集中于最重要的行动。

3 建筑环境的加速路线

2020年春季,经济部与业内人士一起组建了加速地热能特别是建筑环境的核心团队。核心团队将提交一份报告,鼓励该行业和政府采取行动,并为未来十年在建筑环境中加速地热能源提供行动前景。广泛的利益相关者包括运营商、能源公司、网络运营商、企业、金融机构、行业组织、政府和社会组织。三个小组针对建筑环境进行工作。研究建筑环境地热主张的小组旨在降低成本、提高可持续性以及在建筑环境中扩大地热能的必要支持。研究公众支持的小组关注居民的担忧,以及市政公司和公用事业公司需要给居民一个对地热能作为热源的积极看法。第三个小组正在研究管理,重点是围绕热转换和地热的立法,以及所有利益相关者之间的良好合作。

4 基于作用的投资组合方法

总体规划中盈利项目的行动之一是扩大行业规模。与开发单双井相比,采用合作方法开发地热具有显著的优势。一种在石油和天然气行业中基于作用的投资组合方法很常见,可以帮助加速地热行业的发展。地热作用被定义为根据具有类似地质特征和环境的地层中水存在的地热潜力。该方法的基础是一种地下基于地热作用的方法,通过利用地下信息能够识别和减少地质不确定性,用于对于第一次战略上放置不确定性较高的井的不确定性的地热作用投资组合。

Veldkamp等(2019)展示了该投资组合方法的附加价值,并将该方法与单一的“独立”项目的开发进行了比较。“独立”项目的开发将会导致,每个新项目的风险都将相同,因为它们是相互独立开发的。在投资组合方法的情况下,所有关于地热作用的经验优化用于消除风险。在成功的情况下,后续的项目将有更高的成功机会,是因为在以前的项目中获得的经验。即使一个项目失败了,这也可能有助于增加后续项目成功的可能性。对于那些最初被认为对市场开发风险太大的地热作用,基于作用的投资组合方法的信息价值将有助于降低风险,使市场具有吸引力,即使是在很高的初始风险下。对于白垩侏罗系、三叠系和二叠系的作用,Veldkamp等(2019)证明了通过采用投资组合方法来开发一个项目的概率更高,成功开发的项目数量增加,项目的平均盈利能力也将更高。

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图3:10MWth项目的假设场景的最优作用方法的概率树,第一个10MWth项目的概率为50%,其中S为成功,F为失败。在两次失败后,停止进一步的开发。假设成功后的净现值为+100万欧元(M€),失败后的净现值为-550万欧元(改编自Veldkamp et al.,2019)

除了减少地质不确定性外,采用基于地热作用的投资组合方法时还可以实现其他优势。这些优势包括通过综合项目开发来不断改进,其中考虑了项目生命周期中的所有活动,并根据从可比项目中获得的经验进行不断优化。通过发挥协同作用、效率和标准化来降低成本,只有在开发多个项目时才能增加价值。当考虑到未来的项目,一个地区的地面热需求和热基础设施可以得到优化,使其更容易吸收热量。当运营商应用投资组合方法时,结构性研发和创新就可以实现,因此有利于降低成本并提高下一个项目的盈利能力。最后,在调整投资组合方法时,存在融资优势,因为风险分散在多个项目中,反过来增加了融资人对更大和更多经验行业和运营商的信任,从而增加了随着更多方参与该行业而增加了融资的可能性。这五个优势,作为一个整体,相互加强。

在一个独立项目或基于作用的投资组合方法之间开发地热项目时,有一个大规模的中间选项。这两种方法都被用来展示基于作用的投资组合开发的附加价值。与独立项目相比,开发分布于不同作用的项目组合也会增加价值,但会比添加基于作用的元素时的价值更小。Veldkamp 等(2019)显示,约200个双井正在被开发,据估计,荷兰三个主要地层的基于作用的投资组合方法的优势价值高达20亿欧元;二叠系赤底统、三叠系和侏罗白垩系。协同效应、效率和标准化的学习效应估计还有10亿欧元。当考虑到所有的优势时,基于作用的投资组合方法可以显著加速地热项目本身。这种方法为在荷兰开展进一步的勘探方案奠定了基础。

5 超深层地热项目

荷兰现有项目的地热能的应用不足为需要高温超过130℃的工艺工业提供高温热量。预计超深层地热(UDG)能源可能会为向可持续热量供应的转变做出重大贡献。为了在荷兰达到这样的温度,需要超过4km深度的地热储层。现有的数据和资料太有限,无法获得经济上可行的p90(90%)值。由于大量投资和不包括保险或担保基金的地质高不确定性,过去的项目倡议一直停滞在预可行性阶段。

2016年,荷兰经济与气候部、荷兰能源管理国有公司和荷兰应用科学研究组织(TNO)以及行业联盟研究了荷兰超深层地热的现状。由几个公司组成的7个联盟都处于项目开发的同一阶段,即联盟的形成、潜在储层的了解、潜在客户的识别及其需求。在满足热量需求方面,石炭系狄南统的碳酸盐作用被认为是最有前途的作用,同时具有开发超深层地热能的重复潜力(Boxem et al.,2016)。由于这一过程,荷兰能源管理国有公司、荷兰应用科学研究组织、基础设施和水管理部以及经济事务和气候部签署了超深层地热的绿色协议(Green Deal UDG,2017)。

超深层地热绿色协议各方的目标是安全和可持续地实现一个或多个超深层地热试点项目,被理想划分为三个地质区域。这些试点项目的实现应有助于了解进一步降低地质和技术风险以及安全、可持续和具有成本效益的超深层地热开发的可行性。关于碳氢化合物行业的现有知识将被纳入该项目。由于荷兰地下狄南统的储层特征的预期变化,预计需要实现多个项目,以确定超深层地热对整个荷兰可持续能源供应的可行性和贡献。

联盟承诺合作增加、分享和应用在荷兰超深层地热活动所需的资料。这些联盟遍布全国各地,每个团体都由对高温能源有需求的不同各方组成,如工艺工业(生产纸张、啤酒、奶酪或糖果)、公用事业公司、医院、地区供暖网络等。这些联盟不仅在地下的勘探和开发方面合作,而且在利益相关者管理和将地下热量整合到地面设施等方面合作。政府正在为该计划提供资金,并承诺自己为地质不确定性的覆盖范围寻找选项。该项目目前正在进行中,已经公开第一批结果(Heijnen et al.,2019),可以在www.nlog.nl/scan上找到。7个最初联盟中有5个目前正在研究该计划的进一步步骤,并正在努力实现第一个试点井,预计在2022~2023年。

6 荷兰地热能的地震勘查项目

在荷兰的一些地区,地下相对未知,因此认为地热项目开发的不确定性太高。这些地区人口密集,热量需求高,但地热能是否可以使用尚不清楚。荷兰政府已经认识到这一问题,并建立了一个数据采集项目荷兰地热能的地震勘查(SCAN,荷兰语首字母缩写),以减少地下的不确定性。图4显示了荷兰地热能的地震勘查的焦点区域。

这个国家方案的目的是增加关于地下的资料,以便能够回答关于荷兰的地下是否和在哪里可能适合地热的问题。重点是荷兰常见的储层,包括古近系、下白垩系/上侏罗系、二叠系和较小范围的狄南统地层。有了这些资料,就可以更好地估计荷兰地热的潜力,并可以降低开发新项目的现有数据问题。

荷兰地热能的地震勘查项目开始于2019年,包括对地下现有的地震数据进行再处理,以及通过地震采集和研究井获取新的数据。地震的采集和再处理工作将在该计划实施的前三年内进行,并已于2020年11月达到1000km。这次地震勘查预计将在2021年底左右完成。已经开始研究井的规划。采用基于作用的投资组合方法,可以对勘探井的实现和数据采集进行智能投资。荷兰地热能的地震勘查项目的实际进展可跟踪项目网页www.scanaardwarmte.nl。由于政府的全力支持,一旦进行了质量检查,荷兰地热能的地震勘查数据将立即公开。这与《矿业法》形成了鲜明对比,《矿业法》规定私人或公司获取新数据应在完成收集5年后公开这些数据。这些数据可直接用于项目开发商和决策者的进一步研究,作为他们决定地热能在其区域和市政能源战略中作用的输入,他们必须将其定义为《气候法》操作的一部分。

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图4:荷兰地热能的地震勘查项目的区域,用于进一步的数据收集,标记为A-H。图中不包括古近系和狄南统地层,这两者在几乎整个荷兰都被认为是相对未知的

7 额外的支持措施

除了数据采集方案外,荷兰政府支持地热能开发的现有安排。其中包括担保基金、荷兰可再生能源支持计划(SDE+)的补贴和荷兰能源管理国有公司的参与。

7.1担保基金

荷兰境内地热能的主要风险之一是钻探前产量的不确定性。尽管荷兰地下的碳氢化合物范围都已知,大于6000个陆上井和大量地震调查获得的资料量是巨大的,但在荷兰地下开发地热项目时,预计流量和收入仍存在不确定性。荷兰政府在2009年设立了一个担保基金,覆盖地热井不成功的财务风险,该计划定期启动,供项目认购。勘探许可证持有人在钻井阶段前支付保险费。如果一口井的产量低于钻探前定义的p90产量,该基金将偿还该项目。这意味着在钻探项目之前,必须对预定产出PJ的数量有90%的确定性。如果钻井较低的温度或流量低于预估PJ的90%,基金会对项目补偿。向担保基金提出的申请必须满足一定条件,包括具有预定义格式的报告,申请人需要持有勘探许可证。对于井测试计划和数据的解释,有一些需要满足的标准。该申请将由荷兰企业署代表经济事务和气候部及农业、自然和食品质量部进行审查(RVO,2019)。

7.2 荷兰可再生能源支持计划补贴SDE+(+)

可持续能源项目可以申请一种名为SDE+的强制保险补贴,用于生产可持续的电力和热能,包括风能、太阳能、生物质能等以及地热。地热类别只包括直接利用,该方案不适用于发电。该补贴补偿了可再生能源的成本价格和所供应能源的市场价值之间的差额。这是一种开发补贴,这意味着一个地热项目只能获得与地热能产量有关的补贴,为期15年。地热项目必须满足SDE+申请的某些要求,与担保基金相当。地热应用中的额定容量由预期产量的p50(50%)决定。每年对SDE+的条件进行一次审查(RVO,2019)。在2020年秋季,补贴计划已经扩大,允许将二氧化碳减少技术纳入SDE++。

7.3 荷兰能源管理公司的国家参与

荷兰能源管理公司是由荷兰政府建立,旨在从荷兰地下获得最大的社会和经济价值。该公司完全归荷兰国家所有,在《矿业法》中定义了荷兰能源管理公司的任务。截至2016年,荷兰能源管理公司主要专注于油气的勘探、生产、分配和存储。作为一个非经营性的合作伙伴,荷兰能源管理公司参与了荷兰几乎所有的石油和天然气项目,在这些活动中参与比例为40%~50%。所有的盈利都用作为财政部的收益,最终用于整个荷兰社会。由于这种参与,荷兰能源管理公司对在地下的业务有深入了解,以及与地下运营商合作、公私合作、创新、数据采集和分析以及与(当地)政府联系的经验。荷兰能源管理公司将这些资料集成到新的地热能和二氧化碳存储等解决方案中。

自2019年春季以来,荷兰能源管理公司能够作为非运营合作伙伴在经济上参与地热项目。目前,荷兰能源管理公司以20%至40%参与《采矿法》适用的地热项目。五年后,我们将评估荷兰能源管理公司参与地热项目的情况。为了使荷兰能源管理公司能够参与风险承担,荷兰能源管理公司必须承担地热能领域的一项法定任务。这是通过预计将于2021年实施的采矿法修正案来规定的。为了期待这一变化,部长已经允许荷兰能源管理公司从事以地热能为重点的活动。在《采矿法》被修订之前,参与是自愿的,这意味着应由发起者要求荷兰能源管理公司参与。在《采矿法》修正案生效之前,部长必须允许参与每个项目。在荷兰能源管理公司的参与下,部长希望能专业地加强和加速地热行业的项目数量。通过参与地热能的开发,荷兰能源管理公司将能够继续部署其在地下的综合了解和专门了解。通过对地下的计划、高效和可持续管理,荷兰能源管理公司与(运营)合作伙伴旨在减小地热能源项目对人类、环境和自然的风险,并降低成本。

结论

地热能是荷兰境内一种已被证明的低焓资源。需要加速相对年轻的地热产业的发展,才能对可持续能源的供应作出重大贡献。据预测,到2050年,地热热量将占荷兰热量需求的20%~25%。尽管通过几十年的碳氢化合物勘探和生产活动对荷兰的地下环境很了解,但目前还不能估计整个国家的地热能的潜力。因此,超深层地热和荷兰地热能源的地震勘查项目有助于建立更广泛的知识库,并为地热部门的加速发展创造了机会。整合从碳氢化合物时代获得的知识和经验是非常有用的,这对于地热产业的安全增长是必要的。

为了加速荷兰的地热能,政府和地热部门都采取了一些措施,包括财政支持系统、数据获取项目、降低成本的举措、创新和强有力的公众支持。本文列出的所有公私合作伙伴的行动都是必要的,才能成功实现荷兰地热能2030年15PJ和2050年110PJ的目标。

参考文献

(略)


注:原文刊登于2022年4月《中国地热》杂志。译自《Accelerating the Development of Geothermal Energy in the Netherlands》,Proceedings World Geothermal Congress 2020+1,No. 08029, Reykjavik, Iceland, April - October 2021. 孙燕冬译,郑克棪校。

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