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        深層地熱開發和綜合利用該分步實施了

        何陽 17168
        文章來源:中國礦業報    

          地熱資源是一種新型能源,它具有清潔環保、可再生、可循環利用等特點。當前正值北方地區冬季供暖期,按照國務院今年6月27日印發的《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》提出的“宜電則電、宜氣則氣、宜煤則煤、宜熱則熱”的原則,要在有條件的地區因地制宜選擇清潔供暖方式,全面推進能源轉型,加強地熱資源的開發與利用成為題中應有之義,而深層地熱和干熱巖的開發卻一直整體進展不大。怎么辦呢?本文謹就深層地熱與干熱巖的開發與利用談點粗淺的看法。

          深層地熱能的特點

          雄安新區深層地熱資源“二元聚熱”成因模式圖 圖片來自網絡

          目前,學術界一般將地熱分為淺層地熱和深層地熱兩種地熱資源。深層地熱包括地下深度200~3000米的地熱能及地下深度3000米以上的干熱巖所具有的熱能,溫度范圍90~150℃的來自深部地層的熱水及150℃以上的干熱巖,是地球本身放射性元素衰變產生的熱能,主要是由地殼深部開鑿出的“熱、礦、水”三位一體組成的極為寶貴的自然資源,具有穩定、連續、利用效率高等優勢,是一種清潔可持續利用的能源。我國中、深層中溫(200米-3000米,90-150 ℃ )地熱資源中水熱型地熱的能量相當1.25萬億噸標準煤。

          深層地熱能是一種特殊的礦產資源,其功能多,用途廣,是一種清潔的可再生資源。隨著對地熱資源的不斷開發與研究,深層地熱能將成為繼水力、風力和太陽能之后又一種重要的可再生能源。筆者認為,在不遠的未來地熱能對于人類的重要性和現實性將大于其他可再生能源。

          目前,國家提出的“深地探測”計劃被列入“十三五”國家科技創新規劃,“深地計劃”拓展為保證國家戰略優勢的領域作出了部署。深層地熱能的開發和利用在技術上已經比較成熟,按照我國《地熱能開發利用“十三五”規劃》提出的發展目標是“十三五”末期,我國要新增地熱能供暖(制冷)面積11億平方米,新增地熱發電裝機容量500兆瓦。到2020年,地熱供暖(制冷)面積累計達到16億平方米,地熱發電裝機容量約530兆瓦。2020年,地熱能年利用量7000萬噸標準煤,京津冀地區年利用量達到約2000萬噸。

          筆者認為,應該站在我國全面建成小康社會和實現高質量發展的高度,對利用深層地熱能逐步替代化石能源作出長遠的規劃分步付諸實施。

          深層地熱宜采用梯級開發模式

          全球有效開發利用地熱資源的國家已達80多個,美國、冰島、法國、德國、新西蘭、日本等國家在地熱資源開發利用方面處于世界前列,美國正在實施的地熱能前沿瞭望臺研究計劃,冰島正在實施的深部超臨界地熱探測計劃,均取得諸多研究成果。各國通過立法和出臺激勵政策積極推進地熱資源產業發展,相關勘探開發利用技術不斷進步,超高溫的地熱勘查、深層地熱探測、干熱巖資源開發等正成為全球地熱資源開發的熱點和制高點。

          我國政府高度重視地熱能的開發利用,相繼出臺了《可再生能源法》和《地熱能開發利用“十三五”規劃》等法規政策,大力支持地熱資源產業發展,我國的地熱直接利用量已連續多年位居世界首位。自然資源部中國地質調查局按照國家統一部署,積極推動地熱資源勘查開發,系統開展了全國地熱資源調查,對全國水熱型地熱能和336個主要城市淺層地熱能進行了評價,初步估算了全國3-10千米干熱巖型地熱能基礎資源量。2017年在青海共和盆地3705米深度鉆獲236℃的干熱巖,實現了我國干熱巖勘查的重要突破。未來,自然資源部中國地質調查局將重點對深層地熱能和干熱巖勘查開發的關鍵技術組織科技攻關,發揮公益性、基礎性引領作用。

          就像水電開發一樣,基于深層地熱埋深越深資源量越大、開發難度越大的特點,因此應該采用梯級開發模式,實現對深層地熱的科學合理開發與綜合利用。其中,直接利用的場合應采用梯級利用,即地熱水按照用戶需要的供熱水溫,溫度由高到低,分別與用戶需求對應。直接、間接利用的地熱尾水,可以再利用地源熱泵或者第二類吸收式熱泵技術,提高地熱尾水溫度,用于供熱。

          目前,在中深層地熱技術研發中,中國科學院地熱研究中心關于地熱能的重點研究方向包括“地熱資源富集理論與大熱田預測”、“地熱儲回灌增強技術與可持續開發利用”、“深層地熱儲探測技術與找熱應用”。去年,雄安新區的設立為華北地區地熱開發提供了經典范例。據介紹,地熱儲回灌增強與可持續開發利用技術應用最好的范例就是河北雄縣,雄縣的巖溶熱儲條件非常有利。雄縣最大的亮點是實現了規?;煤桶俜种俚幕毓?,之前該地熱田水位下降非???,通過回灌實現了水位基本穩定。實踐表明,雄縣地熱利用模式是非常成功的。

          加強深井地熱開發技術研究與應用

          關于大型地熱田預測,華北等地區廣泛分布大型巖溶地熱儲,全國1/3的地區都不同程度存在這種寶貴的地熱資源,具有重要的開發利用價值。

          目前,在采礦領域大多采用深井高溫巖層隔熱技術。深井高溫環境主要是由高溫巖層熱輻射所造成,研發新型高效的隔熱新材料、新技術、新工藝,對巖層高溫熱源進行隔離,在此基礎上再采用人工制冷降溫技術等,就會使井下巷道和采礦工作面取得良好的降溫效果。

          中國工程院院士蔡美峰認為,要堅持深井采礦和深層地熱開發相結合的戰略發展方向,合理有效地開發和利用地熱資源。“地熱本身是一種天然能源,現在我們只考慮它的負作用,作為一種災害在防控。如果在深部開采過程中采用熱交換技術,對巖層中地熱資源開發利用,將深井采礦和深層地熱開發相結合,就能大幅度抵消降溫成本,從而為采礦深井降溫找到一條具有顛覆性的經濟有效的技術途徑。”

          地熱探測技術是一切地熱開發的前提。據中國石油集團測井有限公司信息管理部經理楊林介紹,該公司利用多種測井儀器探測地層溫度、含油氣信息的地球物理測井技術,被形象地稱為“地層脈搏的聽診器”。采用先進的電子儀器放入鉆井井眼,實時測量、采集豐富的地下信息,然后再經過處理、解釋,把測量信號反演回地質信息的技術,可以精確地探知深層地熱和其它礦產資源情況。另外,微動技術、電磁法在找熱過程中取得很好的效果,在隱伏巖溶地區找熱方面也取得了成功。

          2017年底,雄安新區首批3個深度地熱勘探鉆孔順利開鉆。它是利用全球樣板提供技術支撐,打造“采灌均衡、深淺聯用、清潔高效、永續開發”的地熱資源,是雄安新區第二階段地質調查工作的主要任務之一。在第一階段工作結束后,按照雄安新區地質調查總體方案要求,將在第二階段進一步勘查評價地熱資源開發潛力。據了解,首批施工的地熱勘探孔位于容城地熱田,主要目的是勘查容城地熱田的熱儲結構,評價淺部巖溶熱儲采灌均衡條件下可持續開發利用的潛力,探測深層地熱資源第二空間。

          近年來,萬江集團在河南尉氏的地熱供暖項目中通過開發中深層地熱水,利用梯級技術將地熱水的熱量提取出來用于供暖,通過熱傳導的方式加熱用戶家中散熱設備用于供暖,并將取熱后的尾水回灌至地下。兩套系統兩路循環,整個過程封閉運行,取熱不取水。供暖過程零燃燒、零污染、零排放,真正做到了清潔取暖。

          推進深層地熱開發利用的幾點建議

          深層地熱具有資源儲量大、分布廣、穩定性好、用途廣泛等優點,不受季節、晝夜變化影響,特別是在我國北方地區應該加快推進開發和綜合利用。近年來,中石化新星公司在深層地熱領域做了很好的探索和嘗試。該公司副總工程師國殿斌結合近年來地熱開發方面的實際經驗,綜合考慮地熱資源狀況、市場狀況和國家重大戰略需求,提出了幾點政策建議。

          一是要進一步加大投入,盡快摸清全國的地熱資源家底。加大財政投入力度,鼓勵各類社會資本積極參與,開展全國地熱能資源調查評價。加大對地熱能勘探開發利用核心關鍵技術研發的投入力度,加強地熱能專用設備和特種技術的研發。

          二是加大地熱能產業政策扶持。建議將低熱供暖納入供暖行業支持范圍,落實地熱供暖企業以及相關設備和材料制造企業的財稅優惠政策;重點優化地熱產業資源稅,鑒于技術上已經實現中深層地熱取熱不耗水,建議免征地熱項目水資源稅,同時資源稅的收取以扣除回灌量后的用量計征,因地制宜地建立低熱供暖價格機制。

          三是理順管理體制機制,統一立法,綜合利用。地熱資源涉及自然資源、水利、能源等多個部門,目前管理體制有待理順,明確管理主題。應盡快出臺《中國地熱資源開發管理辦法》,加強對地熱開發的事前、事中、事后監督管理。

          四是加大科技攻關力度。建議在干熱巖鉆井以及壓裂、砂巖回灌、井下回熱等多方面進行攻關和裝備研發,突破制約產業發展瓶頸。

          總之,地熱是一種清潔環保的新型能源,加快對地熱資源的開發和綜合利用,可有效推進北方地區清潔供暖“熱代煤”的力度和覆蓋范圍,對助力生態文明建設具有重要的現實意義。雖然當前地熱開發和綜合利用還面臨著多方面的制約,有技術方面的,也有政策、價格和機制等諸多方面的,相信隨著國家和社會對地熱資源認識程度的不斷提升和技術的不斷超越,未來地熱一定能成為重要的清潔能源走進尋常百姓家,為進一步提高我國清潔能源的使用比例和利用效率,為國家實現能源轉型和打贏藍天保衛戰做出應有的貢獻。

        標簽:地熱能

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