PDF《我国开发利用地热资源的几点思考1》

引用信息:原载于《中国国土资源经济》2018 年第

11 期61-65 页 我国开发利用地热资源的几点思考

1 檀之舟

1 ,朱林

2 (1.

中国石油大学(北京)中国能源战略研究院,北京 102249;

2.中国石油规划总院,北京100083) 摘要:地热资源是未来的优势能源.我国地热发电的核心技术落后于世界领先水平,地热 发展存在着政策和资金支持力度不足, 缺乏统一的开发规划、 资源管理及利用不规范等问题. 促进我国地热能开发的几点思考: (1)加大地热发电科研投入;

(2)政府应加大政策和资金 方面的扶持力度;

(3)完善或增修地热开发相关法律;

(4)引导传统石油开发企业积极参与 地热开发. 关键词:地热能;

地热资源;

能源革命;

产业转型 中图分类号: F407.1;

F062.1 文献标识码: A 文章编号: 1672-6995 (2019) 02-0000-00 DOI:10.19676/j.cnki.1672-6995.0000141 Thoughts on the Development and Utilization of Geothermal Resources in China TAN Zhizhou1, ZHU Lin2 (1. Academy of Chinese Energy Strategy, China University of Petroleum (Beijing) Beijing 102249;

2. China Petroleum Planning and Engineering Institute, Beijing 100083) Abstract: Geothermal resources are the dominant energy source in the future. The core technology of geothermal power generation in China lags behind the leading level of the world. There are issues such as insufficient policies and financial support, lack of unified development planning, non-standard resource management and utilization for geothermal development. This article proposes some thoughts on promoting geothermal development in China: (1) increase investments in geothermal power research;

(2) the government should increase support for policies and funds;

(3) complete or amend relevant laws in the aspect of geothermal development;

(4) guide the traditional oil development enterprises to actively participate in geothermal development. Keywords: geothermal energy;

geothermal resources;

energy revolution;

industrial transformation

0 引言 改革开放以来, 社会经济持续高速发展, 但是粗放的经济发展模式积累下了许多生态环 境问题,在近年来集中凸显.近海生物资源枯竭,淡水水系污染,异常气候持续增多,全国

1 收稿日期:2018-05-21;

修回日期:2018-07-10 基金项目:中国石油规划总院项目 地热项目经济评价技术规定研究 (G2018073) 作者简介:檀之舟(1995―) ,男,福建省福州市人,中国石油大学(北京)中国能源战略研究院硕士研究 生,研究方向为能源政策及地热发电项目投资分析.

2 性大范围长时间的雾霾现象频发等现象,对人的身体健康和生活品质都造成较大的影响. 随着国民经济水平的不断提高, 中国城镇化和工业化不断推进, 对于能源的需求也在与 日俱增, 在我国现行以化石燃料为主的能源结构下, 能源消耗的增加必然导致二氧化碳排放 总量呈持续上升趋势.而应对全球的生态环境变化,尤其是气候变暖问题,削减人类活动中 的碳排放量是解决问题的关键所在, 其中最重要的就是要控制或减少来自化石燃料消费的二 氧化碳排放.如何处理好保障国家能源安全与保护生态环境的关系,实现能源行业,尤其是 石油石化这类高碳密度和碳排放强度能源行业的绿色可持续发展, 已成为许多专家学者研究 的热点问题. 根据在《巴黎协定》中达成的共识,中国政府明确承诺到

2030 年每单位 GDP 碳排放量 较2005 年下降 60%~65%.在当前化石能源发电仍在发电结构中占主要部分的情况下,大力 发展地热发电产业, 对于实现发电领域降耗减排有着重要意义, 也是未来能源发展的趋势之 一.为缓解经济发展与生态环境保护的矛盾,我国提出将生态文明建设作为基本国策,并将 能源革命作为我国生态文明建设的战略重点 [1] .采用先进能源技术,推进能源发展转型,已 成为世界各国的共同选择. 面对日趋严重的环境问题, 发展低碳绿色可再生能源成为全社会 的共识,同时也是实现能源生产和消费结构转型的必然选择.

1 地热资源是未来的优势能源 地热能,是世界上第三大可再生能源 [2] ,具有储量巨大、分布广泛、来源稳定和绿色环 保可循环的特点. 经过多年的试验性生产实践和探索, 并将石油开发技术充分应用于以干热 岩为主要形式的地热能开发, 目前世界上已形成一套以发电为主的地热能开发系统――增强 地热系统(Enhanced Geothermal System,简称 EGS) . 增强地热系统是指通过在低孔低渗的地热层中人工建立工程热储, 大量采出经济热流用 于工业用途的系统 [3] .一般而言,具有经济开采价值的地热层埋藏深度为地下 3~10km.首 先通过钻井技术钻成若干口生产井和回注井连接地下结晶质干热岩层, 之后采用水力压裂等 井下作业措施产生裂缝,使高温岩层的渗透率增加,形成人工热储.再将冷水通过地面上的 一个(或几个)井注入裂缝层,然后将经过裂缝加热的热流体从生产井采出用以发电、供暖 或制冷等其他用途. 这套回注井、 采出井和地下人工热储形成高温热流体闭环系统即为增强 地热系统. 地热能具有许多传统能源和其他可再生能源所不具备的优势. 主要体现在以下几个方面:

3 首先, 地热能源储量极大. 中国陆上埋藏深度为 3~10km 的干热岩储量为 20M EJ (1EJ=10

18 J) ,相当于 7.1*10

14 t 标准煤.假设其中可经济开采储量占总储量的 1%,以2015 年全国能 源生产总量

362000 (万吨标准煤)计算,则中国陆上干热岩储量是

2015 年全国能源生产总 量的

1961 倍[4] . 其次,地热能源分布广泛.地热资源在全国各地均有分布,其中东南沿海地壳板块边缘 是地热资源的密集区域,具有较大的开发潜力.此外,华北(渤海湾盆地) 、东北(松辽盆 地)等地区也有较为丰富的地热资源.而这些地热资源密集区域,往往也是人口较为稠密的 地区,对于能源的需求量大,开发地热能源有利于缓解地区能源供应紧张问题. 第三,地热能源发电稳定.由于地热能源埋藏于地下深处,其生产发电受外界环境影响 较少,且可以实现全年全天候

24 小时运行发电.中国最早的地热电站龙源羊八井电站

2011 年全年可利用发电约在

4000 小时左右,而光伏发电年可利用小时数仅为

1133 小时 [5] ,风电 全年平均为

2000 小时左右. 此外,地热能源还具有循环可再生、环境无污染的特点.地热电站正常的生产周期为 15~20 年,之后如果继续开采会导致地层温度降低,无法获得经济热流用以发电.但只要关 停地热井的生产 50~300 年,热储会得到周围地层的热量补充,又恢复到较高温度.此外, 地热能源发电不会像常规火力发电那样产生大量二氧化硫、 固体尘粒等空气污染物, 对环境 影响较小,还可利用 CO2 作为工作介质,在发电的同时实现二氧化碳的地质储存,能在一定 程度上减少大气中温室气体的含量 [6] . 纵观世界能源发展史, 从第一次能源革命发现了火的保存方法与应用, 到第二次能源革 命煤炭和石油得到了大规模的应用, 到第三次能源革命天然气和电力的推广和使用, 每一次 能源革命都带动了人类文明更进一步的发展.从木材到煤炭,从煤炭到石油,再从石油到天 然气,能源不断从从高含碳向低含碳、从高排放向清洁化方向演进.地热能的开发完全符合 能源发展的历史规律,具有极大的开发潜力.

2 世界地热资源开发整体情况概述

20 世纪

70 年代, 由于全球性的石油危机, 世界各国纷纷积极探索开发石油的替代能源, 地热能作为一种可再生能源受到追捧,大批地热项目在全球各处落地,比较著名的有美国 Fenton Hill 地热项目、法国 Soultz 地热项目等.这些带有试验性质的项目开发,为后来 的EGS 项目的发展积累了宝贵的经验和大量的实验数据.

4 自20 世纪

90 年代开始, 随着可以开发中低温热藏的双工质循环发电技术的成熟, 以及 更先进的水力压裂工艺的产生, 全球范围内再次掀起了一轮开发地热发电的热潮, 地热发电 规模以平均每年 5%的速度高速增长.2015 年全球地热发电累计装机容量已达到 13.2GW. Bertani 等对地热发电的预测结果显示,全球地热发电装机容量到

2050 年将达到 70GW,若 考虑 EGS 发电,则装机容量将达到 140GW [7] . 美国是进行干热岩开发研究最早的国家, 也是目前世界上地热发电装机容量最大的国家, 在2014 年已达到 3525MW [8] .1974 年,美国洛斯阿拉莫斯国家实验室在芬顿山钻出了第一口 实验性质的干热岩开发深井,开启了干热岩研究的热潮.芬顿山 EGS 项目最大钻孔深度达

4500 米,岩石温度为 330℃,水力压裂区深度为 3600m,注水回收率为 75%~80%.其发电 功率最初为 3MW, 在项目末期达到 10MW. 在芬顿山的 EGS 研究中, 获得了许多有价值的数据. 该实验项目积累了丰富的经验, 展现了干热岩应用的良好前景, 为地热能的开发利用发挥了 巨大的引领作用. 政策方面,在1970 年,美国以立法的形式对地热资源进行了界定,将地下蒸汽、高温 地下水和其他地热资源都划归地热资源.

2009 年2月, 美国出台 《美国复苏和再投资法案》 , 提出了对在建和已投入生产的地热和其他可再生能源项目进行税收减免的优惠政策. 在资金 方面,美国政府和社会对于地热开发项目的资金投入也在不断增加.到2012 年,全美地热 能产业已吸引投资近

8 亿美元. 日本从

1986 年就开始对 EGS 开发的关键技术,如水力压裂、人工热储建立和致密地层 钻井等进行研究,并于

1990 年在日本肘折地区建立了一座试验性质的 EGS 发电站.该增强 地热系统于

1993 年进行了第一次试循环,但是结果并不理想;

次年进行了进一步热储层压 裂改造之后,人工热储的规模得到扩大,热储层的渗透率也有所提高,获得了较好的结果. 该电站于

2002 正式开始发电,并运行至今.

1986 年,在欧盟委员会的支持下,德法两国共同参与了苏尔士 EGS(Soultz EGS)项 目的建设.在第一期项目建设阶段(1987―2007 年) ,共钻了

5 口地热井,其中 EPS1 井深 度为 2200m,为科学观测井;

GPK1 和GPK3 深度分别为 3600m 和5000m,为注入井;

GPK2 和GPK4 深度均为 5000m,为采出井.在该阶段,还利用水力压裂手段和化学手段对热储层进行 了刺激改造,增加热储层渗透性.在第二期项目建设阶段(2007―2009 年) ,建成了一个试 验性发电站,该电站采用 ORC 循环进行发电,净发电功率为 1.5MW. 在政策方面,2016 年德国通过《可再生能源法》修订案,该法案规定德国国内包括地

5 热能在内的可再生能源发电享有优先上网的权利, 德国电网运营企业对于这部分电力还有进 行电价补贴的义务. 菲律宾作为一个煤炭石油等传统能源匮乏的国家, 能源短缺问题长期制约其国内经济发 展,但是该国以地热能为主的可再生能源资源却十分丰富,具有极大的地热发电潜力.为发 展地热能这一清洁环保可再生的新能源,菲律宾政府在

1978 年通过《地热法》 ,在2008 年 通过《可再生能源法》 ,为地热能开发提供了优厚的财税优惠政策.此外,菲律宾政府积极 寻求与日本等拥有先进地热发电技术的国家合作,于1998 年建成了国内最大的地热电站 Malitbo 发电站. 目前, 菲律宾地热发电已占全国总发电量的两成左右, 基本实现能源自给. 菲律宾还计划在

2030 年新增 1.4GW 地热装机容量,总投资预计超过

75 亿美元.

3 我国地热资源开发现状及存在的问题 3.1 开发现状 中国也积极参与地热能源的开发, 是目前世界上直接利用地热资源量最大的国家.

1977 年,西藏羊八井电站建成,到1991 年装机容量达 25MW,占中国地热发电量的 88% [9] .虽然 我国地热直接利用量处于世界第一,每年平均地热水开采量达 3.68 亿m3[10] ,但是主要用于 供暖和制冷, 地热发电发展相对滞后, 尤其是以深层干热岩为目标的地热能开发进展却较为 缓慢.

2009 年8月,保定市雄县人民政府与中国石化集团新星石油公司签订战略合作协议, 合作开发地热资源,开发形式主要是利用地下热水进行发电.截至

2016 年底,新星石油公 司子公司绿源公司在雄安新区范围内签约供暖面积达 683.4 万m2,钻井

98 眼,建成换热站

45 座,铺设地热管网 110km,实现供暖面积

430 万m2.2017 年9月, 国土资源部中国地质调查局宣布, 在青海共和盆地 3705m 深处钻获 236℃ 的高温干热岩体, 实现了我国干热岩勘探的重大突破. 但目前我国尚未有关于开发干热岩资 源用于发电的报道. 在全面深化生态文明建设的大背景下,优化能源体系,改变以煤为主的能源供给结构, 是能源革命的核心命题. 中共中央、 国务院在

2015 年发布 《加快推进生态文明建设的意见》 , ................