地大熱能：為緩解能源進口依賴、推進碳中和目標，日本正從技術創新和綠色共享兩個方面發力地熱發電。

自2011年3月福島第一核電站輻射泄漏事故發生以來，日本核電發電量大幅減少，對天然氣等化石燃料依賴增強。今年，西方國家對俄羅斯制裁措施引發能源市場震蕩，日本用作火力發電廠燃料的進口液化天然氣供應受到影響。
 

為找尋安全有效的綠色能源解決方案，日本將目光瞄向了地熱能。

已開發上百年

地熱資源發電幾乎不排放二氧化碳，且不受天氣、晝夜、季節變化限制，能源利用系數高，設備使用壽命長，是發電量較為穩定的綠色可再生能源。日本地處環太平洋火山帶，地熱資源豐富，據推測發電潛能達2300萬千瓦，居世界第三位。
 

日本的地熱資源開發始于100年前。1919年，日本地熱發電先驅山內萬壽提出“石油、煤炭終將枯竭”的觀點，探尋地熱作為替代能源，并在大分縣別府市挖掘出噴氣孔。1925年，日本在該噴氣孔首次實現地熱發電，當時裝機規模僅1.12千瓦，持續了18個月。
 

由于二戰結束后電力供給不足，日本在大力建設水力和火力發電工程之外，還展開了地熱發電相關的調查研究。1966年10月，日本第一家蒸汽式地熱發電廠——松山地熱發電廠投產，裝機規模9500千瓦；1967年8月，采用汽水分離方式發電的大岳發電廠也開始運轉。

受20世紀70年代石油危機影響，通商產業省啟動了“陽光計劃”，日本國內地熱開發日漸興盛。至1996年，日本地熱發電設備的裝機總容量達50萬千瓦，數十家發電廠規模超1萬千瓦，達到世界頂尖水平。
 

隨著石油價格趨于穩定，日本1997年發布的《新能源法》將地熱剔出新能源目錄，相關預算也大幅減少，日本地熱開發進入停滯期。2006年，日本資源能源廳重新將地熱資源歸入新能源與可再生資源概念。同年，日本首個二進制式地熱發電廠——八丁原地熱發電廠運行，發電裝機規模2000千瓦。
 

2011年福島核事故后，日本加速可再生能源開發，政府開始加大對地熱發電的扶持，措施包括放寬國立公園地熱開放限制、引入固定價格收購制度、提供資金援助等。2014年，聚集于九州地區的小規模地熱發電廠相繼投產運行，發電裝機規模達數十至數百千瓦。2019年1月，松尾八幡平發電廠啟動運轉，發電裝機規模7500千瓦；同年5月，時隔23年新建的大型地熱發電廠——山葵澤發電廠投產，發電裝機規模達4.6萬千瓦。

2021年4月，日本環境省發布“地熱開發加速計劃”，計劃2030年實現地熱發電設施數量倍增，并縮短地熱開發準備時間——由10年以上縮短至最低8年。同年6月，內閣決定實施“規制改革實施計劃”，包含推進與地熱開發相關的《自然公園法》《溫泉法》《森林法》的“規制緩和”。

日本81.9%的地熱資源集中于國立公園等區域內，在這些區域建立地熱發電設施與《自然公園法》沖突。
 

日本的國立公園被分為“特別保護地區”以及第一類、第二類、第三類特別地區、普通地區。2012年環境省提出，原則上不允許在第二類、第三類特別地區設置地熱發電廠，經單獨審查的優秀項目可獲許可；允許在不破壞地表自然景觀的情況下，從區域外傾斜式開發第二類、第三類特別地區地熱資源。2015年，環境省將傾斜式開發范圍擴大至第一類特別地區。2021年9月，環境省進一步放松限制，與地區環境和諧共生的優秀發電項目，經單獨審查可予以批準。

開發面臨的困境
 

日本“第六次能源基本計劃”提出，2030年實現地熱發電能力增加2.7倍、發電規模160萬千瓦。但當前，日本發展地熱發電依舊面臨各方面掣肘。日本地熱資源利用率僅為2.6%，發電設備容量排在地熱資源量前十位國家的末位，2011年以來地熱發電總量不增反減，發電規模超1萬千瓦的僅有山葵澤發電廠一座。業內人士表示：“以當前進度看，2030年目標幾乎不可能達成。”
 

一是開發周期長。地熱發電廠投產前，需經歷初期調查（約5年）、挖掘勘探與噴氣試驗（約2年）、環境評估（約3年）、發電廠建設（約3年）四個階段，開發周期長達10年以上。
 

二是開發成本高。日本地熱資源大多位于地形陡峭的火山地帶，大型器械使用受限，建設鉆井基地、發電廠的成本高于海外。每鉆一口井需花費3億～5億日元（1日元約合0.05元人民幣）。西日本技術開發公司前社長金子正彥推算，日本地熱發電廠建成到投產的成本達10～18日元/千瓦，而美國為5～9日元/千瓦、新西蘭為3～5日元/千瓦。
 

三是開發風險大。鉆井成功率低，經常會出現鉆探多口地熱井卻未獲得足夠地熱流體（熱水、蒸汽或其他載熱氣體）的情況。

例如，富山縣立山火山口內的地熱發電計劃始于2015年，已投入13億日元，2017年完成的初期調查結果顯示“有建立大規模發電廠可能”，但2021年挖掘勘探結果顯示“發電規模僅3600千瓦”，不足“7600千瓦”可實現盈利規模的一半。相關負責人表示，該地區地熱資源很難實現商業化。

四是存在一定技術難點。日本的地熱發電機器技術已十分成熟，東芝、富士電機、三菱動力生產的地熱發電渦輪機占世界67%的份額。但地熱貯留層的探查、開發、管理技術仍是難題。

20世紀對地熱資源量的預測過高，同時并未預見普遍出現的蒸汽量減少的情況。若貯留層壓力不足，不得不挖掘補充井，或降低發電設備容量。例如，2017年柳津西山發電廠的設備容量由650千瓦降至300千瓦。

五是遭遇多個社會群體反對。一方面，眾多自然保護團體擔憂地熱資源開發會破壞環境，回灌水處置不當會威脅動植物生存、污染地下水，因此不斷提出反對意見。
 

另一方面，地熱資源豐富的地區往往是溫泉業集中的地區，各地溫泉協會、旅館經營者擔心地熱開發導致溫泉枯竭，對溫泉鄰近地區的地熱開發表示反對。

例如，日本電源開發公司曾計劃在熊本縣小國町開發大規模地熱發電廠，因遭當地居民反對于2002年撤資。日本石油天然氣金屬礦產資源機構（JOGMEC）地熱調查顯示：同一地區開發很難保證未來不產生影響，要獲得地方溫泉從業者理解不是一朝一夕的事情。

未來動向

為緩解能源進口依賴、推進碳中和目標，日本正從技術創新和綠色共享兩個方面發力地熱發電。

一是超臨界地熱資源的開發。“超臨界水”存在于火山地帶深處的巖漿附近，位于地下3000～5000米處，較一般地熱資源深1000～3000米，其高溫高壓特性能增加單位發電量。

2015年，日本新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）啟動了超臨界地熱資源研究項目；2017年，聯合東北大學、東京大學、九州大學、京都大學等15家機構，共同調查超臨界地熱發電可行性；2018年，聯合評估了超臨界地熱資源量，探討了挖掘勘探的可行性與必要性；2020年，針對北海道后志、巖手縣仙巖與八幡平、大分縣肥田、秋田縣湯澤市南部地區，制訂了詳細挖掘勘探計劃；2022年3月，東京工業大學研究團隊利用電磁波探測法，已成功確定秋田縣湯澤市南部地區“超臨界水”分布情況；2022年10月，日本大同特殊鋼公司著手研發用于超臨界地熱資源開發的熱穩定和耐腐蝕合金，以及相應的密閉技術。
 

二是地熱勘探和開發技術的研發。JOGMEC與NEDO一直在推動地熱勘探和開發技術研發，包括：提供空中物理探查、地熱孔調查幫助，縮短初期調查時間；提高地下結構探測精密度，開發地下斷層三次元可視化技術；利用地面高壓注水維持投產后蒸汽量；提高地熱發電利用率等。截至2021年8月，JOGMEC與NEDO已為90個地熱開發項目提供了援助。
 

同時，民間企業也在進行技術研發。三菱綜合材料公司等共同研發了帶有增強刀片的鉆頭，可減少10%的鉆井時間與成本。
 

2021年8月，地熱技術開發公司與大成建設公司共同研發出“碳循環二氧化碳地熱發電”技術。該技術是對增強性地熱系統（EGS）技術的升級，用高溫二氧化碳代替熱水驅動渦輪發電，最后將降溫后的二氧化碳注入地下循環。計劃最早于2026年現場試驗，2036年實現實際應用。

2022年6月，東京電力可再生能源部門與三井石油開發公司聲稱，已掌握將開發周期縮短至5年的地熱開發技術，計劃2028年在關東地區實現商業化。
 

三是打造地域循環共生圈。結合區域內“六次產業創造”，促進居民接受地熱開發，實現地產地消和二次利用，建設環境友好的地域循環共生圈。
 

例如，湯澤市定期舉辦“地熱資源活用協議會”，構建了開發人員與當地居民之間的對話平臺；八丁原發電廠將發電后的剩余蒸汽無償提供給周邊居民，用于供暖和洗浴；宮城縣大崎市菅原旅館利用鳴子溫泉實現了65千瓦小規模發電，供旅館運營之外每月還可獲得100萬日元售電收益；菅原二進制式地熱發電廠向當地支付蒸汽使用費；巖手縣八幡平市的高橋一行成立了地熱染色研究所，利用地熱蒸汽硫化物染色，成為吸引游客振興地域經濟的手段；松山發電廠利用地熱建立藍莓溫室等。

四是積極參與海外地熱發電項目。例如，2022年，住友商事公司與國際石油開發帝石控股公司追加了針對印度尼西亞的地熱開發投資，計劃2025年建成發電裝機2.2萬千瓦、世界最大規模的地熱發電廠；同年8月，東芝能源公司與肯尼亞電力公社簽訂備忘錄，將合作運營東非地區的地熱發電廠；10月，日本中部電力公司宣布向加拿大初創公司“曾經技術（EVER TECHNOLOGIES）”投資數十億日元，希望活用該公司“利用熱水將低沸點物質汽化”技術，在缺乏足夠水分和蒸汽的地域開發地熱發電。

（劉云系中國現代國際關系研究院副研究員、時事出版社副社長；徐玥供職于南開大學日本研究院）

來源：2022年12月28日出版的《環球》雜志 第26期