我国地热能潜力巨大 干热岩开发任重道远

8月19日,第十一届中国国际地源热泵行业高层论坛在京举办,会议吸引了地热相关领域的专家、领导及100余家企业参加。大会围绕地源热泵战略规划与政策标准、技术应用及设计等议题进行了深入探讨交流。

与会者认为,目前,中国地热能产业体系初步形成。浅层地热能利用快速发展,水热型地热能利用持续增长,干热岩型地热能资源勘查开发开始起步。国发能研院、绿能智库认为,未来干热岩的开发具有极大的潜力,但是也面临技术、成本等诸多挑战;同时,开发地热能源应该注重与其他新能源的互补,尤其是地热和太阳能的深度互补。

中国地热开发的现状和未来规划

中国地源热泵产业从向欧美学习开始,仅用20多年时间就进入到快速发展的阶段,主要得益于三方面的原因,一是地源热泵技术更加重视环境保护,适应当前经济社会发展的新趋势,二是政府对地源热泵产业发展提供了政策支持,三是联盟凝聚行业力量,形成合力促进了应用推广。

我国目前地源热泵的从业企业已从最初的寥寥数家增加到数千家,应用地域已从北京、沈阳等试点城市扩大到天津、河北、辽宁、江苏、上海等众多地区或城市。从装机容量看,全国地源热泵的装机容量已从1995年的0.8兆瓦上升到2017年的2万兆瓦,增长2.5万倍;从装机容量占全球总量的比重看,已从1995年的0.04%上升到2015年的23.61%。有关部门和专家预测,到2020年,这一比例将进一步上升到50%左右。

2017年1月,国家发改委、国家能源局、国土资源部发布了《地热能开发利用“十三五”规划》,以促进地热能产业持续健康发展。《规划》指出,“十三五”时期,新增地热能供暖(制冷)面积11亿平方米;新增地热发电装机容量500MW。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530MW。2020年,地热能年利用量7000万吨标准煤,地热能供暖年利用量4000万吨标准煤。京津冀地区地热能年利用量达到约2000万吨标准煤。

我国地热发电开发目标

 

根据《规划》,中国的浅层和水热型地热能供暖(制冷)技术已基本成熟,浅层地热能南北均有开发,但80%集中在华北和东北南部,包括辽宁(70km²)、北京(40km²)、山东(30km²)、河南(29km²)、河北(28km²)等地区;而水热型地热能的开发利用基本都在北方,包括河北(26km²)、天津(21km²)、陕西(15km²)等地,南方几乎尚未开发。2015年底,全国浅层地热能供暖(制冷)面积达到3.92亿平方米,水热型地热能供暖面积达到1.02亿平方米,地热能年利用量约2000万吨标准煤。

浅层地热资源开发情况

水热型地热资源开发情况

 

发展干热岩的前景和挑战

干热岩一般温度大于200℃,埋深数千米,内部不存在流体或仅有少量地下流体的高温岩体,存量巨大。据保守估计,地壳中干热岩所蕴含的能量相当于全球所有石油、天然气和煤炭所蕴藏能量的30倍。而我国干热岩的储量达到17万亿吨,储量可用4000年。干热岩发电技术可大幅降低温室效应和酸雨对环境的影响,且不受季节、气候制约,是一种十分清洁的新能源。

干热岩虽然利用价值较高,但是开发难度极大。从上世纪70年代以来美国人提出来,现在全球累计的发电量一共是12.2兆瓦,投资成本上百亿美元,投入产出比实在太低,回报周期太长。总体上世界干热岩EGS开发仍处于试验和示范阶段,还没有一个商业化的过程。

受限于技术和成本,我国干热岩开发还面临着不少挑战。首先,干热岩资源勘查难。由于地壳结构复杂,成因机理尚不清楚,干热岩资源分布极为不均匀,我国目前尚未形成成熟可靠的资源评价技术和方法。其次,开发干热岩的工程难度大。由于仪器、工具和材料的耐温能力不足,加之岩体可钻性差、工程设计优化难度大,钻井慢、周期长、成本高,所以难以高效成井。第三,干热岩的利用工程难题不小。由于我国还缺乏高温潜水泵、抗高温示踪剂以及适合于干热岩循环测试的解释技术等,面临着开发干热岩循环测试及热能提取难题。我们国家做了一些工作,主要体现在理论和试验方面。我们的钻探工作主要在干热岩的温度、分布范围等方面做了一些基础参照,压力改造没有取得实质性进展。

我国首次发现大规模可利用干热岩资源于青海省共和盆地。2019年,山东省日照市和威海市的部分区域也发现了干热岩富存区,资源量总计相当于188亿吨标准煤。2011-2017年,中国地质调查局、青海省国土厅在共和盆地共钻地热勘察井7口,井底温度最高达220度,与世界上比较成功的EGS工程温度基本一致。从2018年开始,中国地调局、青海省、中石化三方联合推进青海共和干热岩EGS科技攻坚。2018年3月18日,自然资源部中国地质调查局正式印发了《青海共和盆地干热岩勘查与试验性法科技攻坚战实施方案(2018-2025年)》。方案计划通过协同攻关,最终突破干热岩勘查开发重大科技难题,实现干热岩勘查开发重大仪器国产化,建立中国收割可复制推广的经济型,规模化干热岩开发示范工程。

干热岩研发属于前瞻性技术,在目前的经济技术条件下,要实现干热岩资源开发利用的实质性进展,必须持续增大科研项目、人员、经费的支持。而且,大规模商业化利用还需要解决更多的技术难题。

地热与太阳能深度互补

之所以要进行太阳能和地热能的深度互补,主要是为了提高发电效率。地热开发温度越高发电效率越高,发电成本越低。比如,如果我们把太阳能用聚光镜聚集起来,把150度的地热水变成300度高温,就可以把发电效率从10%-15%提高到30%以上。同时还可以让它的功率更加匹配我们的需求,减少地热资源不确定性的风险。

2017年12月,国内首个“地热能+太阳能”互补供暖示范工程在兰州市西固区张家大坪建成并投入运行。该工程由地岩热供暖系统、太阳能光热系统、太阳能与地岩热互补系统等三部分组成。地岩热供暖系统采用中国工程院副院长徐德龙院士带领团队研发的“取热不取水”无干扰地岩热利用技术,向地下钻孔至适宜深度(约2500m)的岩层,通过高效换热器将地热取出,用于供热供暖。该技术不受地质、气候、场址等环境条件限制,不抽取或回灌地下水,对地下水、土壤等无干扰、无污染。可以实现地热能的清洁、高效、持续利用。

“地热能+太阳能”互补系统采用智慧能源运行模式。在采暖季,太阳能集热系统将热能与地热井热能并行输送至用户侧直接使用;在春、夏、秋非采暖季,太阳能集热系统将热能输送至地热井中蓄存,用于增加地热井热能,科学地解决了太阳能能流密度低、季节性不平衡、难以跨季储存等问题。该示范工程集成无干扰地岩热利用、太阳能热利用及跨季节储热等技术,可规模化、低成本、连续稳定地利用可再生能源进行清洁能源供暖。

来源:能源发展网

2019年9月19日 14:55