地熱資源開發利用

對我國開展高溫巖體地熱能利用的設想和建議

  我國于2005年制定了《中華人民共和國可再生能源法》,并于2006年1月1日開始實施。這是我國可再生能源領域的一件大事,也是我們研究、推動高溫巖體地熱能利用事業要遵循的法律依據。
 
  《可再生能源法》立法的基本思路是建立總量目標,保障足夠的市場規模,以規模化帶動市場化,促進技術進步和成本下降;以技術進步和成本下降,提高經濟性和競爭力,進而實現可再生能源技術的規模化和商業化發展。
 
  由于開發利用可再生能源是一項長期的任務,許多可再生能源技術尚在發展之中,市場競爭力還不強,必須通過政府推動和市場引導相結合的方式促進其發展。
 
  因此,立法中體現了四個原則,即:國家責任和全民義務相結合的原則;政府推動和市場引導相結合的原則;現實需求和長遠發展相結合的原則;國內實踐和國際經驗相結合的原則。這些政策原則與指導思想,對指導高溫巖體地熱能利用技術開發,使其逐步走上商業化、市場化的健康發展之路,同樣是有針對性和重要指導意義的。
 
  參照國外的做法,設想此項研究、開發與推廣大體分三個階段進行。
 
  熱普查計劃,勘查高溫巖體地熱能資源的分布。由中國科協牽頭在中國地熱學會下組成包括石油、地質、電力機械等行業在內的跨行業高溫巖體地熱能利用協會,組織研討論壇,更廣泛地動員社會力量參與。
  第一階段,為試驗階段,用3~5年時間。
 
  (1)進行地質研究、鉆井、井下作業,造成較理想的地下換熱構造,完成水力循環試驗;首先鉆一口深4000~5000m的井,壓裂作業后,作為注入井;根據地下裂縫體系幾何形狀,再鉆兩口生產井,進行水力循環試驗。
 
  (2)與此同時,進行混合介質二元循環發電裝置的研究、開發、制造、安裝、運行試驗。然后根據高溫巖體地熱儲層水力循環試驗的結果,設計、制造深層地熱發電裝置(兆瓦級),并安裝、運行,取得機組和儲層長期運行的經驗。
 
  (3)進行全國高溫巖體地熱資源調查和評估。
 
  第二階段,工業化試驗和初步推廣階段,也用3~5年時間。
 
  (1)擴大高溫巖體地熱儲層規模,鉆更多的深井,使裝置單套規模達到10MW級;發電站規模達到50~100MW級。
 
  (2)在前一階段若干先導試驗的基礎上,擴大試驗范圍。
 
  (3)規劃全國高溫巖體地熱能發電項目。
 
  第三階段:工業化階段,3~5年的時間。
 
  (1)單機規模達到百兆瓦級,發電站規模達到千兆瓦級。
 
  (2)實施全國高溫巖體地熱能發電計劃,在東部缺電地區大力推廣這一技術
 
  為此,提出以下一些初步建議:
 
  (1)高溫巖體地熱能可再生能源中具有獨特優勢的能源,它具有零排放、無污染的特點,可以作為電網的基本負荷,長時期運轉。這項技術涉及相關學科有地熱地質、環境地質水文地質、地球物理、石油地質、石油工程、熱物理、熱儲工程、電力工程、技術經濟學、自動化控制、網絡及現代管理等,它是上述學科成果應用的高度集成。為求得其發展,既要有政府機構監管、協調和規劃,又要有全國性的研究機構和基地,并有眾多企業、學術團體和社團組織參加,如中國能源研究會地熱專業委員會、中國可再生學會等,形成廣泛的基礎。建議由國家發改委指定有關部門,制定中長期的高溫巖體熱能利用規劃,按規劃的總任務由國家科技部門組織三個方面的研究:由石油部門結合油氣勘探,進行高溫巖體地熱儲層系統的研究與開發試驗;由電力部門、汽輪機制造研究部門聯合開發二元混合工質的發電裝置;由國土資源部門,結合全國地熱普查計劃,勘查高溫巖體地熱能資源的分布。由中國科協牽頭在中國地熱學會下組成包括石油、地質、電力機械等行業在內的跨行業高溫巖體地熱能利用協會,組織研討論壇,更廣泛地動員社會力量參與。
 
  (2)比較現實的做法是:依托各油氣田開展高溫巖體地熱能的調查和試驗。各油氣田在勘探開發油氣資源的同時向高溫巖體地熱延伸,應該說有很多有利條件的,既有利于充分利用石油行業的技術資源,也有利于油田、油區、企業、社會的持續穩定發展。根據國外資料和我國的實際情況,實施中可以是油公司作為作業者,也可以是油公司作為投資者。溫家寶總理去年在大慶視察時指出要加強深部天然氣勘探,這個方向和我們提到的利用地層深部熱能的問題可以統一起來,向4000m 以下進軍,找到天然氣就是氣田,找不到氣就可以利用深部巖體的熱能形成“熱田”。
 
  (3)國家制定相應的技術政策與鼓勵措施。
 
  深部地層勘探鉆井投資力度較大。油氣資源勘探深層地熱開發極為相似,但地熱又有特殊要求,加強深部天然氣勘探是國家的重點,鉆油氣井有可能兼顧到地熱勘探。建議從現在開始作為一項技術政策,做出相應規定,在鉆油氣井時盡量兼顧地熱開發的要求,即在鉆完油氣目的層固井后加深一段裸眼,為地熱勘探提供試驗條件。
 
  項可再生能源的開發中來,并實行地熱勘探許可證(Geothermal Exploration License-GEL)制度,從一開始就進行有序的管理。
 
  各種溫度的地熱能都是大自然的寶藏,都可以加以利用(圖19)。高溫巖體地熱能開發利用是一項龐雜的系統工程。由于地層深部熱能的普遍存在,使我們有充分的理由利用它來應對當前面臨的能源需求的挑戰、能源安全的挑戰、環境保護的挑戰。
 
  努力提高熱電轉換利用效率是這項技術成敗的關鍵之一。在現有的循環條件下熱能轉換為電能的效率比較低,熱、電比例有的是7∶1,有的是10∶1。對熱能的利用不能是粗放式的,應當有較高的利用率,必須采用梯級利用方式。可以根據不同地區、不同季節對供熱制冷的需求大力擴大使用范圍。經過充分利用后,即使達到低溫熱源,還應發展利用這種低溫熱源熱泵用于空調,或用在種植業的各個方面,真正做到熱、電、汽聯合循環的梯級利用,爭取獲得較高的效率,設想的目標是把熱利用率提高到60% 以上。
 
  總之,我們要有所作為,應和兄弟行業攜起手來去創造高溫巖體地熱能利用的輝煌未來,在貫徹國家能源發展戰略部署中,讓高溫巖體地熱能以及其他可再生能源與化石能源一道,共同為國家的能源安全譜就一首和諧發展的交響樂章。
 
  古人云:“紙上得來終覺淺,絕知此事要躬行” 。我們收集匯總各方面的資料,形成這篇文章,還總是“紙上”的東西,熱切盼望能有嘗試實踐的機會。