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地熱開發仍需克服技術瓶頸

2018-04-19 08:41:25 中國科學報   作者: 貢曉麗  

不論是地熱取暖還是發電,我國地熱資源勘查開發目前仍存在諸多技術瓶頸,在企業、科研院所發力的同時,還需要國家給予政策扶持。

地球是一個龐大的熱庫,蘊藏著巨大的熱能是一種清潔能源,是可再生能源,其開發前景十分廣闊。

今年初,國家發展改革委、國土資源部等六部委發布《關于加快淺層地熱能開發利用促進北方采暖地區燃煤減量替代的通知》。很多人認為,地熱成為北方地區清潔取暖的有效補充,必將迎來井噴式發展。實際上,不論是地熱取暖還是發電,我國地熱資源勘查開發目前仍存在諸多技術瓶頸,在企業、科研院所發力的同時,還需要國家給予政策扶持。

技術不夠 成本來湊

依據地熱資源的埋深及存在形式可分為淺層地熱資源、水熱型地熱資源和干熱巖地熱資源。

據中國工程院院士多吉介紹,目前淺層和水熱型地熱能供暖(制冷)技術已基本成熟。預計2020年地熱能供暖年利用量達到4000萬噸標準煤,京津冀地區地熱年利用量達到約2000萬噸標準煤。

“全國對地熱資源的開發利用非常火熱,尤其是用地熱來供暖,以減少對化石能源的利用率。”多吉說。

地熱能開發遵循“取熱不取水”“以灌定采”的原則,“嚴格來說,回灌(如砂巖回灌)從技術的角度看仍存在一定的瓶頸。當然,如果像油田注水開發那樣進行加壓回灌,完全是可以進行回灌的,關鍵是成本太高。目前有些熱儲不加壓回灌(自然回灌)還存在比較大的問題。”中國地質大學教授李克文說。

在所有的地熱資源當中,最具潛力的要o數熱巖型地熱。可以說,站在地球的每一個角落,腳下幾千米深處的巖石都是熱源。與傳統化石能源相比,干熱巖地熱能是一種清潔可再生能源;與其他清潔能源相比,干熱巖能夠實現穩定、可靠且安全的能源供應。但也有專家認為,由于技術、設備等原因,我國對干熱巖的開發利用仍尚待時日。

李克文介紹,我國目前發現并開發利用的高溫地熱資源比較少,主要是西藏的羊八井和最近在青海省共和盆地新發現的溫度達236℃的地熱資源。“目前,國際上(冰島和美國)已經實際鉆遇了超高溫熱儲,冰島深部鉆探項目(IDDP)的IDDP-1井的溫度超過了900℃,我國暫時還沒有進行這方面的鉆探。”他說,超高溫地熱井的發電功率一般是常規地熱井的5~10倍。

高溫地熱前期勘探、鉆井也存在較多的技術瓶頸,勘探方面,主要是如何確定所謂的地熱“甜點”區域,即地熱靶區。李克文表示,目前常用的地熱勘探技術大部分來自油氣勘探領域,但是,地熱勘探與油氣勘探有不同的理論和技術要求。“鉆井技術近幾年來有比較大的進展,但是,高成本仍然是一個主要問題。”

破局探索

針對存在的技術瓶頸,業界人士仍在努力探索,以期在核心技術試驗、地熱工程等方面有效促進地熱資源開發。

3月27日,廣東省惠州市政府與中國科學院院士王成善簽約,共建南方地熱研究院及產業化基地。據了解,南方地熱研究院將建成民辦公助、產學研協同創新的新型研發機構。雙方將主要圍繞地熱資源開發利用和新型熱電材料研發,建設地熱資源勘探與技術、地熱資源開發與工程等方面的若干個研究中心,突破一批基礎理論與關鍵技術難題,形成具有國際領先水平的技術創新平臺、技術轉移與成果轉化平臺。

王成善在簽約儀式上表示,今后主要開展幾個方面的工作,包括打造南方地熱研究院平臺、集聚一批國內外頂尖人才隊伍、研發一批創新成果、催生惠州新產業,使惠州在地熱和熱能材料方面具有較大的影響。

3月16日,中石化新星綠源公司地熱供暖尾水回灌技術成果展示開放日活動在咸陽舉行。據了解,目前中石化新星綠源公司在渭河南岸咸陽職院等地開展的回灌,運用的是新一代的回灌系統工藝技術,回灌系統達到了處理效果達標、連續在線穩定運行、自動化程度高等特點。

“地熱能開采初期回灌工作較難解決,我們依托中冰合資研發平臺,聯合省內外國土、科技部門和高校科研院所等,取得了關中盆地地熱回灌專利技術,并獲得第三方科技鑒定,實現了采灌結合。”中石化新星綠源公司黨委書記高小榮接受媒體采訪時表示。

為了解決砂巖回灌這一難題,山東海利豐清潔能源股份有限公司經過反復實驗與論證,研發出“砂巖熱儲地熱尾水無壓回灌技術”,并于近日公布。

發電方面,今年初,在云南省德宏傣族景頗族自治州瑞麗市的地美特瑞麗地熱發電站內,分布式地熱發電集裝箱組項目一期工程全部四臺發電設備發電試驗成功,機組生產過程中設備各項參數正常,狀態控制良好。這一地熱發電項目建設完成后,裝機容量可達10兆瓦。

國家需加大關注和投入

要促進地熱能利用發展,除了企業努力,在關鍵技術研發和人才培養上,還需要國家加大投入,多吉表示,雖然我國供暖地熱能利用全球第一,但很多核心技術,如物探、化探、地質勘探設備以及發電技術與國外相比差距較大,基礎研究也是相對滯后,這都需要國家強有力的支持。

“在這方面,美國發展地熱有環境保護、前期風險投入等,而我國以羊八井為例,其發電系統設定年限是30年,但由于沒有資金投入,系統無法獲得更新。”多吉說。

盡管地熱具有不可替代的優勢,但相對于迅速發展的風能、太陽能,對于地熱能的開發利用仍需加大力度。地熱能的基礎研究比較滯后,發電設備大多是國外的品牌,對公眾知識普及也不夠。

為盡快改變現狀,多吉建議,國家要引導市場、拉動市場,加大技術投入和優惠政策的支持力度。“就像走路一樣,在看不到路的情況下,誰都不敢走,必須要國家探路,開辟一個比較安全的路子,企業才能跟進。國家要在地熱能源的開發利用上起到宣傳和示范作用。”

依照當前的地熱能發展情況,除了技術支撐和國家政策支持,最需要的就是培養和引進專業技術人才。“我國應當注重培養地熱專業技術人才,地熱專業技術人才相當缺乏——尤其是地熱資源勘探方面,這已成為業內普遍面臨的難題。”多吉說。

“地熱人才培養方面存在較多的問題,目前可以說是人才奇缺。”油氣田開發專業出身的李克文表示,相當一部分地熱人才來自于油田系統或者地下水(冷水,而不是熱水)。目前有地熱專業的大學很少,“但可喜的是,已有部分大學已經或者正在設立該方面的專業”。




責任編輯: 李穎

標簽:新能源,地熱開發,技術瓶頸