地热资源开发利用

对我国开展高温岩体地热能利用的设想和建议

  我国于2005年制定了《中华人民共和国可再生能源法》,并于2006年1月1日开始实施。这是我国可再生能源领域的一件大事,也是我们研究、推动高温岩体地热能利用事业要遵循的法律依据。
 
  《可再生能源法》立法的基本思路是建立总量目标,保障足够的市场规模,以规模化带动市场化,促进技术进步和成本下降;以技术进步和成本下降,提高经济性和竞争力,进而实现可再生能源技术的规模化和商业化发展。
 
  由于开发利用可再生能源是一项长期的任务,许多可再生能源技术尚在发展之中,市场竞争力还不强,必须通过政府推动和市场引导相结合的方式促进其发展。
 
  因此,立法中体现了四个原则,即:国家责任和全民义务相结合的原则;政府推动和市场引导相结合的原则;现实需求和长远发展相结合的原则;国内实践和国际经验相结合的原则。这些政策原则与指导思想,对指导高温岩体地热能利用技术开发,使其逐步走上商业化、市场化的健康发展之路,同样是有针对性和重要指导意义的。
 
  参照国外的做法,设想此项研究、开发与推广大体分三个阶段进行。
 
  热普查计划,勘查高温岩体地热能资源的分布。由中国科协牵头在中国地热学会下组成包括石油、地质、电力机械等行业在内的跨行业高温岩体地热能利用协会,组织研讨论坛,更广泛地动员社会力量参与。
  第一阶段,为试验阶段,用3~5年时间。
 
  (1)进行地质研究、钻井、井下作业,造成较理想的地下换热构造,完成水力循环试验;首先钻一口深4000~5000m的井,压裂作业后,作为注入井;根据地下裂缝体系几何形状,再钻两口生产井,进行水力循环试验。
 
  (2)与此同时,进行混合介质二元循环发电装置的研究、开发、制造、安装、运行试验。然后根据高温岩体地热储层水力循环试验的结果,设计、制造深层地热发电装置(兆瓦级),并安装、运行,取得机组和储层长期运行的经验。
 
  (3)进行全国高温岩体地热资源调查和评估。
 
  第二阶段,工业化试验和初步推广阶段,也用3~5年时间。
 
  (1)扩大高温岩体地热储层规模,钻更多的深井,使装置单套规模达到10MW级;发电站规模达到50~100MW级。
 
  (2)在前一阶段若干先导试验的基础上,扩大试验范围。
 
  (3)规划全国高温岩体地热能发电项目。
 
  第三阶段:工业化阶段,3~5年的时间。
 
  (1)单机规模达到百兆瓦级,发电站规模达到千兆瓦级。
 
  (2)实施全国高温岩体地热能发电计划,在东部缺电地区大力推广这一技术
 
  为此,提出以下一些初步建议:
 
  (1)高温岩体地热能可再生能源中具有独特优势的能源,它具有零排放、无污染的特点,可以作为电网的基本负荷,长时期运转。这项技术涉及相关学科有地热地质、环境地质水文地质、地球物理、石油地质、石油工程、热物理、热储工程、电力工程、技术经济学、自动化控制、网络及现代管理等,它是上述学科成果应用的高度集成。为求得其发展,既要有政府机构监管、协调和规划,又要有全国性的研究机构和基地,并有众多企业、学术团体和社团组织参加,如中国能源研究会地热专业委员会、中国可再生学会等,形成广泛的基础。建议由国家发改委指定有关部门,制定中长期的高温岩体热能利用规划,按规划的总任务由国家科技部门组织三个方面的研究:由石油部门结合油气勘探,进行高温岩体地热储层系统的研究与开发试验;由电力部门、汽轮机制造研究部门联合开发二元混合工质的发电装置;由国土资源部门,结合全国地热普查计划,勘查高温岩体地热能资源的分布。由中国科协牵头在中国地热学会下组成包括石油、地质、电力机械等行业在内的跨行业高温岩体地热能利用协会,组织研讨论坛,更广泛地动员社会力量参与。
 
  (2)比较现实的做法是:依托各油气田开展高温岩体地热能的调查和试验。各油气田在勘探开发油气资源的同时向高温岩体地热延伸,应该说有很多有利条件的,既有利于充分利用石油行业的技术资源,也有利于油田、油区、企业、社会的持续稳定发展。根据国外资料和我国的实际情况,实施中可以是油公司作为作业者,也可以是油公司作为投资者。温家宝总理去年在大庆视察时指出要加强深部天然气勘探,这个方向和我们提到的利用地层深部热能的问题可以统一起来,向4000m 以下进军,找到天然气就是气田,找不到气就可以利用深部岩体的热能形成“热田”。
 
  (3)国家制定相应的技术政策与鼓励措施。
 
  深部地层的勘探钻井投资力度较大。油气资源勘探深层地热开发极为相似,但地热又有特殊要求,加强深部天然气勘探是国家的重点,钻油气井有可能兼顾到地热勘探。建议从现在开始作为一项技术政策,做出相应规定,在钻油气井时尽量兼顾地热开发的要求,即在钻完油气目的层固井后加深一段裸眼,为地热勘探提供试验条件。
 
  项可再生能源的开发中来,并实行地热勘探许可证(Geothermal Exploration License-GEL)制度,从一开始就进行有序的管理。
 
  各种温度的地热能都是大自然的宝藏,都可以加以利用(图19)。高温岩体地热能开发利用是一项庞杂的系统工程。由于地层深部热能的普遍存在,使我们有充分的理由利用它来应对当前面临的能源需求的挑战、能源安全的挑战、环境保护的挑战。
 
  努力提高热电转换利用效率是这项技术成败的关键之一。在现有的循环条件下热能转换为电能的效率比较低,热、电比例有的是7∶1,有的是10∶1。对热能的利用不能是粗放式的,应当有较高的利用率,必须采用梯级利用方式。可以根据不同地区、不同季节对供热制冷的需求大力扩大使用范围。经过充分利用后,即使达到低温热源,还应发展利用这种低温热源热泵用于空调,或用在种植业的各个方面,真正做到热、电、汽联合循环的梯级利用,争取获得较高的效率,设想的目标是把热利用率提高到60% 以上。
 
  总之,我们要有所作为,应和兄弟行业携起手来去创造高温岩体地热能利用的辉煌未来,在贯彻国家能源发展战略部署中,让高温岩体地热能以及其他可再生能源与化石能源一道,共同为国家的能源安全谱就一首和谐发展的交响乐章。
 
  古人云:“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行” 。我们收集汇总各方面的资料,形成这篇文章,还总是“纸上”的东西,热切盼望能有尝试实践的机会。