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深层地热开发和综合利用该分步实施了

2018-12-14 9:18:27 来源:中国矿业报 作者:张立宽

地热资源是一种新型能源,它具有清洁环保、可再生、可循环利用等特点。当前正值北方地区冬季供暖期,按照国务院今年6月27日印发的《打赢蓝天保卫战三年行动计划》提出的“宜电则电、宜气则气、宜煤则煤、宜热则热”的原则,要在有条件的地区因地制宜选择清洁供暖方式,全面推进能源转型,加强地热资源的开发与利用成为题中应有之义,而深层地热和干热岩的开发却一直整体进展不大。怎么办呢?本文谨就深层地热与干热岩的开发与利用谈点粗浅的看法。

深层地热能的特点

雄安新区深层地热资源“二元聚热”成因模式图 图片来自网络

目前,学术界一般将地热分为浅层地热和深层地热两种地热资源。深层地热包括地下深度200~3000米的地热能及地下深度3000米以上的干热岩所具有的热能,温度范围90~150℃的来自深部地层的热水及150℃以上的干热岩,是地球本身放射性元素衰变产生的热能,主要是由地壳深部开凿出的“热、矿、水”三位一体组成的极为宝贵的自然资源,具有稳定、连续、利用效率高等优势,是一种清洁可持续利用的能源。我国中、深层中温(200米-3000米,90-150 ℃ )地热资源中水热型地热的能量相当1.25万亿吨标准煤。

深层地热能是一种特殊的矿产资源,其功能多,用途广,是一种清洁的可再生资源。随着对地热资源的不断开发与研究,深层地热能将成为继水力、风力和太阳能之后又一种重要的可再生能源。笔者认为,在不远的未来地热能对于人类的重要性和现实性将大于其他可再生能源。

目前,国家提出的“深地探测”计划被列入“十三五”国家科技创新规划,“深地计划”拓展为保证国家战略优势的领域作出了部署。深层地热能的开发和利用在技术上已经比较成熟,按照我国《地热能开发利用“十三五”规划》提出的发展目标是“十三五”末期,我国要新增地热能供暖(制冷)面积11亿平方米,新增地热发电装机容量500兆瓦。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530兆瓦。2020年,地热能年利用量7000万吨标准煤,京津冀地区年利用量达到约2000万吨。

笔者认为,应该站在我国全面建成小康社会和实现高质量发展的高度,对利用深层地热能逐步替代化石能源作出长远的规划分步付诸实施。

深层地热宜采用梯级开发模式

全球有效开发利用地热资源的国家已达80多个,美国、冰岛、法国、德国、新西兰、日本等国家在地热资源开发利用方面处于世界前列,美国正在实施的地热能前沿瞭望台研究计划,冰岛正在实施的深部超临界地热探测计划,均取得诸多研究成果。各国通过立法和出台激励政策积极推进地热资源产业发展,相关勘探开发利用技术不断进步,超高温的地热勘查、深层地热探测、干热岩资源开发等正成为全球地热资源开发的热点和制高点。

我国政府高度重视地热能的开发利用,相继出台了《可再生能源法》和《地热能开发利用“十三五”规划》等法规政策,大力支持地热资源产业发展,我国的地热直接利用量已连续多年位居世界首位。自然资源部中国地质调查局按照国家统一部署,积极推动地热资源勘查开发,系统开展了全国地热资源调查,对全国水热型地热能和336个主要城市浅层地热能进行了评价,初步估算了全国3-10千米干热岩型地热能基础资源量。2017年在青海共和盆地3705米深度钻获236℃的干热岩,实现了我国干热岩勘查的重要突破。未来,自然资源部中国地质调查局将重点对深层地热能和干热岩勘查开发的关键技术组织科技攻关,发挥公益性、基础性引领作用。

就像水电开发一样,基于深层地热埋深越深资源量越大、开发难度越大的特点,因此应该采用梯级开发模式,实现对深层地热的科学合理开发与综合利用。其中,直接利用的场合应采用梯级利用,即地热水按照用户需要的供热水温,温度由高到低,分别与用户需求对应。直接、间接利用的地热尾水,可以再利用地源热泵或者第二类吸收式热泵技术,提高地热尾水温度,用于供热。

目前,在中深层地热技术研发中,中国科学院地热研究中心关于地热能的重点研究方向包括“地热资源富集理论与大热田预测”、“地热储回灌增强技术与可持续开发利用”、“深层地热储探测技术与找热应用”。去年,雄安新区的设立为华北地区地热开发提供了经典范例。据介绍,地热储回灌增强与可持续开发利用技术应用最好的范例就是河北雄县,雄县的岩溶热储条件非常有利。雄县最大的亮点是实现了规模化利用和百分之百的回灌,之前该地热田水位下降非常快,通过回灌实现了水位基本稳定。实践表明,雄县地热利用模式是非常成功的。

加强深井地热开发技术研究与应用

关于大型地热田预测,华北等地区广泛分布大型岩溶地热储,全国1/3的地区都不同程度存在这种宝贵的地热资源,具有重要的开发利用价值。

目前,在采矿领域大多采用深井高温岩层隔热技术。深井高温环境主要是由高温岩层热辐射所造成,研发新型高效的隔热新材料、新技术、新工艺,对岩层高温热源进行隔离,在此基础上再采用人工制冷降温技术等,就会使井下巷道和采矿工作面取得良好的降温效果。

中国工程院院士蔡美峰认为,要坚持深井采矿和深层地热开发相结合的战略发展方向,合理有效地开发和利用地热资源。“地热本身是一种天然能源,现在我们只考虑它的负作用,作为一种灾害在防控。如果在深部开采过程中采用热交换技术,对岩层中地热资源开发利用,将深井采矿和深层地热开发相结合,就能大幅度抵消降温成本,从而为采矿深井降温找到一条具有颠覆性的经济有效的技术途径。”

地热探测技术是一切地热开发的前提。据中国石油集团测井有限公司信息管理部经理杨林介绍,该公司利用多种测井仪器探测地层温度、含油气信息的地球物理测井技术,被形象地称为“地层脉搏的听诊器”。采用先进的电子仪器放入钻井井眼,实时测量、采集丰富的地下信息,然后再经过处理、解释,把测量信号反演回地质信息的技术,可以精确地探知深层地热和其它矿产资源情况。另外,微动技术、电磁法在找热过程中取得很好的效果,在隐伏岩溶地区找热方面也取得了成功。

2017年底,雄安新区首批3个深度地热勘探钻孔顺利开钻。它是利用全球样板提供技术支撑,打造“采灌均衡、深浅联用、清洁高效、永续开发”的地热资源,是雄安新区第二阶段地质调查工作的主要任务之一。在第一阶段工作结束后,按照雄安新区地质调查总体方案要求,将在第二阶段进一步勘查评价地热资源开发潜力。据了解,首批施工的地热勘探孔位于容城地热田,主要目的是勘查容城地热田的热储结构,评价浅部岩溶热储采灌均衡条件下可持续开发利用的潜力,探测深层地热资源第二空间。

近年来,万江集团在河南尉氏的地热供暖项目中通过开发中深层地热水,利用梯级技术将地热水的热量提取出来用于供暖,通过热传导的方式加热用户家中散热设备用于供暖,并将取热后的尾水回灌至地下。两套系统两路循环,整个过程封闭运行,取热不取水。供暖过程零燃烧、零污染、零排放,真正做到了清洁取暖。

推进深层地热开发利用的几点建议

深层地热具有资源储量大、分布广、稳定性好、用途广泛等优点,不受季节、昼夜变化影响,特别是在我国北方地区应该加快推进开发和综合利用。近年来,中石化新星公司在深层地热领域做了很好的探索和尝试。该公司副总工程师国殿斌结合近年来地热开发方面的实际经验,综合考虑地热资源状况、市场状况和国家重大战略需求,提出了几点政策建议。

一是要进一步加大投入,尽快摸清全国的地热资源家底。加大财政投入力度,鼓励各类社会资本积极参与,开展全国地热能资源调查评价。加大对地热能勘探开发利用核心关键技术研发的投入力度,加强地热能专用设备和特种技术的研发。

二是加大地热能产业政策扶持。建议将低热供暖纳入供暖行业支持范围,落实地热供暖企业以及相关设备和材料制造企业的财税优惠政策;重点优化地热产业资源税,鉴于技术上已经实现中深层地热取热不耗水,建议免征地热项目水资源税,同时资源税的收取以扣除回灌量后的用量计征,因地制宜地建立低热供暖价格机制。

三是理顺管理体制机制,统一立法,综合利用。地热资源涉及自然资源、水利、能源等多个部门,目前管理体制有待理顺,明确管理主题。应尽快出台《中国地热资源开发管理办法》,加强对地热开发的事前、事中、事后监督管理。

四是加大科技攻关力度。建议在干热岩钻井以及压裂、砂岩回灌、井下回热等多方面进行攻关和装备研发,突破制约产业发展瓶颈。

总之,地热是一种清洁环保的新型能源,加快对地热资源的开发和综合利用,可有效推进北方地区清洁供暖“热代煤”的力度和覆盖范围,对助力生态文明建设具有重要的现实意义。虽然当前地热开发和综合利用还面临着多方面的制约,有技术方面的,也有政策、价格和机制等诸多方面的,相信随着国家和社会对地热资源认识程度的不断提升和技术的不断超越,未来地热一定能成为重要的清洁能源走进寻常百姓家,为进一步提高我国清洁能源的使用比例和利用效率,为国家实现能源转型和打赢蓝天保卫战做出应有的贡献。□

(作者单位:国家能源局中电传媒能源情报研究中心研究员)

网站编辑:宫莉

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