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“热气腾腾”的新型能源

2016-01-25 15:06:00    来源: 中国国土资源报    作者:王少勇 李凯

 

地热资源作为一种新型清洁能源,越来越受到人们的关注。我国地热资源的潜力怎样?开发利用前景是否看好?如何让地热资源发挥更大的作用?带着这些问题,记者采访了有关专家,他们表达出一个共同的观点——在不久的将来,地热资源一定能“热”起来。

地热资源是我们的“老朋友”

地热资源如今被看作是一种新型能源,但我国利用地热的历史却十分悠久。早在先秦古籍《山海经》里就有温泉的记述,当时称温泉为“汤”,秦始皇曾建“骊山汤”来治疗疮伤。唐代《法苑珠林》中《王玄策行传》也有对西藏地热资源的记载:“吐蕃国西南有一涌泉,平地涌出,激水高五六尺,甚热,煮肉即熟,气上冲天,像似气雾。” 我国地质事业创始人之一章鸿钊先生的遗著《中国温泉辑要》,共搜集到我国古代各史书有关温泉的资料972处。

我国地热资源勘探与大规模开发利用始于上世纪中叶,大致可以划分为初创、初步发展、重要进展以及市场化等几个阶段。

1949年之后,随着地质找矿工作的开展,为建立和扩建温泉疗养院,我国开始对温泉进行调查,在若干温泉区进行了地质勘探,根据所获得的资料对某些地区温泉分布特点和其形成机制作了初步的分析和讨论,并首次编制了全国温泉分布图。为配合大地构造的研究,中国科学院地质研究所和地矿部地质力学研究所于20世纪60年代初期先后开始研制岩石热物理性质测试和钻井测温装置,地质力学所在包括房山花岗岩岩体在内的若干地点测得了较准确的传导地温梯度数据,地质所估算得出了松辽盆地3个热流值。这个时期,由于投入地热工作的力量有限,工作进展缓慢,处于起步阶段。

20世纪60年代末至70年代初,地热能作为一种新能源在国际上逐渐兴起,在我国著名地质学家李四光教授的倡导下,地热资源在我国引起广泛的注意。我国地热研究工作在区域地热资源普查、地热资源开发利用、地热基础理论方面都取得了显著的进展。

上世纪70年代以来,我国在20多个省区开展地热资源普查和考察,累积了一批资料,其中尤以中国科学院青藏高原综合科学考察队于1973年~1976年对西藏高原地热活动地表热显示的考察最为系统而全面。同时,我国开始进行地热发电站的建设。1975年开始布钻勘探的西藏羊八井地热田,是我国大陆经勘探证实的第一个高温地热田,并于1977年建立了一座装机容量为1MWe的示范性电站。羊八井地热电站的成功运行,有效缓解了当地的用电困难,鼓舞了国家和地方的能源决策部门,对于推动地热田开发有着重要意义。

在地热利用的其他方面,北京、天津和西安等地区相继开展了低温热水温室种植、水产养殖、疗养—洗浴和取暖等地热综合利用的试验研究。在地热基础理论研究方面,我国的地质科学家初步分析了华北平原地温分布的特点和局部地热异常的形成机制,发表了我国第一批大地热流数据并作出相应的解释;以板块构造观点,讨论了西藏高原现代强烈水热活动的机制,首次提出喜马拉雅地热带的概念性模式;用流体力学方法,探讨了海底扩张的驱动机制,大陆岩石圈的热模式和地馒热柱上涌等问题。

进入上世纪80年代,我国地热研究在前期工作的基础上,有了重要的进展,主要表现为:在地热上有重要意义的地区或地质构造单元有计划地进行了研究;有重点地开展了地热资源勘探研究,对我国地热资源分布特点,或对其潜力作了分析和评估;地热研究地域由陆地向海洋扩展;矿山地热和油田地热工作进一步开展。

随着地热资源的自身优势和我国社会发展与经济技术进步,上世纪90年代以来,我国掀起了地热资源开发热潮。地热井越来越深(最深已过4000米),范围也远远超出了“地热异常”的概念,具有十分明显的市场特征。这期间的勘查工作多围绕井点进行,未进行全面系统的区域性勘查评价工作。由于地热资源勘查与开采的市场化,造成了不科学的无序开采局面和资源的极大浪费。虽然天津、北京、西安等主要开发区采取了必要的政府干预手段,但效果并不明显。

为摸清我国地热资源家底,推进地热资源的合理开发利用,自1999年国土资源大调查开展以来,基础性、战略性的地热资源调查评价逐渐展开。中国地质调查局先后组织实施了宁夏银川平原、北京市城区等地地热资源调查评价工作,并于2011年开始部署“全国地热资源调查评价”工作,基本摸清了我国地热资源家底。

近年来,我国十分重视能源结构调整,鼓励清洁能源的开发利用。作为一种新型清洁能源,地热资源的“热度”越来越高,其开发利用正迎来迅猛发展的历史时期。

我国拥有十分丰富的地热资源

专家介绍说,地热资源是指贮存在地球内部的可再生热能,分为三种:第一种是浅层地温能,分布最为广泛,温度一般低于25℃ ,埋藏深度较浅;第二种是水热型地热,大家都熟悉的温泉就属于此类,温度高于25℃;第三种是干热岩,一般没有流体或有少量流体,温度高于150℃,埋深数千米。

三种类型的地热资源,我国都蕴藏丰富。近年来,中国地质调查局加强了对地热资源的调查评价和潜力评估,基本摸清了我国地热资源的家底。在浅层地温能方面,我国336个主要城市浅层地温能可利用量折合标准煤7亿吨/每年,如果这些浅层地温都能开发利用,可实现夏季制冷空调面积232亿平方米,冬季制热供暖面积225亿平方米。

在水热型地热资源方面,目前我国已查明温泉2334处,地热井5818眼。我国地热资源量折合12500亿吨标准煤,已探明地热流体可采热量相当于1.17亿吨标准煤每年,高温地热资源发电潜力为846万千瓦。我国最具高温地热资源潜力的地区位于西藏自治区南部,在西藏自治区措美县古堆高温地热显示区实施的地热钻探,400米深度的温度高达205℃,为我国同深度最高温度。近年来,在四川省西部也发现了大量高温地热资源,显示出巨大潜力。

全国干热岩资源潜力评估显示,我国大陆3~10千米深处干热岩资源总计为2.52×1025焦耳(美国的估算结果为1.67×1025焦耳,不包括黄石公园地区),折合860万亿吨标准煤。如果能提取其中的2%,就相当于我国2014年能源消耗的4040倍。近年来,中国地质调查局组织开展干热岩勘查试验,于2014年与青海省合作开展干热岩勘查,在共和盆地和贵德盆地3000米深钻探发现了温度达180℃和150℃的干热岩。2015年,中国地质调查局实施的我国第一口4000米干热岩科学钻探孔在福建漳州开钻,目前钻探深度达到3100米。

利用地热是绿色发展的必由之路

2014年,全国能源消费总量中,煤炭占66.0%。煤炭等传统化石能源在我国能源结构中占有比例过大。就拿京津冀地区来说,大气污染严重,除了机动车和工业等因素,分散的燃煤供暖也是重要原因。要想实现绿色发展,就必须提高清洁能源在能源结构中的比重,利用好地热资源是必由之路。我国能源发展战略行动计划(2014~2020年)明确提出,到2020年,非化石能源占能源结构的15%,地热能开发要达到5000万吨标煤。

中国地质调查局地热资源调查研究中心主任、中国地质科学院水文地质环境地质研究所所长石建省指出,地热资源具有分布普遍、利用简便、可再生、清洁、绿色等禀赋,可以显著改善能源结构,能够缓解北方地区雾霾危害,为南方冬季供暖提供稳定能源,解决高原边远地区用电短缺问题,促进东部发达地区优化能源消费结构和产业结构等。

据了解,2009年8月,河北省雄县政府与中国石化新星公司签订战略合作协议。经过4年多努力,雄县90%以上的供暖均采用地热能源,年替代标煤9万吨,减排二氧化碳22.5万吨,建成华北地区首座无烟城。国家能源局将这种开发利用地热的模式称为“雄县模式”。“雄县模式”之后,我国地热界正在打造“南通小洋口模式”和“广东丰顺模式”,即在南方有条件地区,利用浅层地热能、中低温地热资源,打造“分布式地热供暖、制冷系统”以解决南方冬季供暖、夏季制冷(空调)问题。

中国地质调查局地热资源调查研究中心副主任(秘书长)、中国地质科学院水文地质环境地质研究所所长助理王贵玲介绍,我国主要城市有超过三分之一的面积适宜采用地下水地源热泵方式供暖或制冷,而地埋管地源热泵系统适宜区和较适宜区占82%,浅层地温能资源是我国东部地区和南方分布式供暖的首选。在利用水热型地热资源方面,应逐步形成西南地区高温地热发电、东南沿海中低温地热发电、华北和东北地区地热供暖的主格局,并进一步规范和发展地热旅游疗养市场。然而,无论是“雄县模式”还是“小洋口模式”、“丰顺模式”,都不可能完全照搬。不同地区,由于资源禀赋、气候、人口密集程度等原因,地热资源的利用模式也不同,要探索、总结和完善各种利用模式,促进地热资源的合理利用。

中国科学院院士汪集旸指出,“一带一路”既要求互联互通,又强调创新发展,蕴含着地热资源开发利用的巨大机遇。从“一带一路”沿线国家来看,很多地区传统能源(石油、天然气)十分丰富,但污染严重。地热资源在“一带一路”地区有着广泛的分布,如肯尼亚、意大利、土耳其等国地热资源十分丰富,有些地区尚待开发,作为绿色能源,应该优先加以开发利用。

作为“新丝绸之路经济带”起点的西安市,目前正在着手建设西咸新区地热能源技术研发与示范基地。基地包含兆瓦级地热发电站、钻井群地下试验场、地热回灌实验站、深井地下科学观测站、园区供电供热系统以及地热文化与教育中心。

制定地热利用的路线图和时间表

专家认为,推进地热资源开发利用,应当有一个国家层面的总体规划,突出重点,因地制宜。

中国地质调查局水文地质环境地质部水文地质处处长吴爱民指出,在下一步工作中,要加强京津冀、长江中下游等国家重大战略区浅层地温能和水热型地热资源调查评价与推广示范。着力推动中小城市(镇)和社会主义新农村建设中的地热资源开发利用,为京津冀地区大气污染防治以及南方冬冷地区解决供暖问题提供地热清洁能源,减少温室气体排放。同时,加强典型高温地热区(田)调查评价。我国西南地区高温地热资源丰富,开发利用潜力巨大。建议加强西南地区尤其是西藏地区高温地热区(田)调查评价,推动西藏高温地热电站建设,建设西藏清洁能源国家品牌。

干热岩作为开发难度最大的地热资源,专家建议,要紧跟国际步伐,开展干热岩调查评价与勘查开发试验试点,探索建立具有自主知识产权的中国特色干热岩资源勘查开发技术体系,为未来开发利用提供资源储备和技术储备。王贵玲表示,我国计划到2020年,圈定一批远景区,初步建成1~2个干热岩示范研究基地,实现干热岩发电;到2030年,建立整个干热岩勘查开发关键技术体系,初步实现干热岩发电商业化;希望到2050年,能够实现中国干热岩大规模商业化开发。

王贵玲介绍说,“十三五”我国地热资源调查评价的主要部署为:一是长江经济带浅层地温能资源调查,推动南方分布式供暖的实施。提供供暖面积可达3亿平方米的浅层地温能开发利用适宜区,为2000万人供暖(制冷)提供保障,同时建立浅层地温能开发利用示范工程;二是加强京津冀地区地热资源综合利用,开展浅层地温资源量补充调查和综合评价、水热型地热能资源量可持续利用调查评价、油田区石油生产尾水可利用资源量评价、干热岩型地热能资源量远景调查与勘察区划;三是重点地区高温地热资源调查,为地热发电提供资源基础。力争新发现高温地热田10~15处,预计每年节省1000万吨标准煤,减排二氧化碳0.27亿吨;四是在摸清家底的前提下,推动干热岩开发实验,追踪国际先进技术。

天津地热勘查开发设计院院长孙宝成指出,做好地热资源开发利用的规划十分重要,规划的指导思想应该是贯彻中央关于矿产资源开发利用“在保护中开发,在开发中保护”的方针,以资源与环境协调发展为根本出发点,以实现地热资源开发利用“有序有偿,结构优化,集约高效,采灌结合,综合利用,科学保护”为总要求,发挥地热资源独特的复合优势,为本地区经济发展和环境保护发挥应有作用。

石建省指出,加快推进地热领域科技创新和产业培育,需要大力加强产学研结合,构建地热利用技术研发和推广服务平台。他倡议各方在地热资源勘查、科技创新、科学普及、学术交流、人才培养等方面加强合作,探索地热科技体制机制,激发地热科技创新活力,调动地热科技资源和要素投入。

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