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地熱資源開(kāi)發(fā)利用

深層地熱開(kāi)發(fā)和綜合利用需要分步實(shí)施

  地熱資源是一種新型能源，它具有清潔環(huán)保、可再生、可循環(huán)利用等特點(diǎn)。當前正值北方地區冬季供暖期，按照國務(wù)院今年6月27日印發(fā)的《打贏(yíng)藍天保衛戰三年行動(dòng)計劃》提出的“宜電則電、宜氣則氣、宜煤則煤、宜熱則熱”的原則，要在有條件的地區因地制宜選擇清潔供暖方式，全面推進(jìn)能源轉型，加強地熱資源的開(kāi)發(fā)與利用成為題中應有之義，而深層地熱和干熱巖的開(kāi)發(fā)卻一直整體進(jìn)展不大。怎么辦呢？本文謹就深層地熱與干熱巖的開(kāi)發(fā)與利用談點(diǎn)粗淺的看法。
  深層地熱能的特點(diǎn)
  雄安新區深層地熱資源“二元聚熱”成因模式圖 圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò )目前，學(xué)術(shù)界一般將地熱分為淺層地熱和深層地熱兩種地熱資源。深層地熱包括地下深度200～3000米的地熱能及地下深度3000米以上的干熱巖所具有的熱能，溫度范圍90～150℃的來(lái)自深部地層的熱水及150℃以上的干熱巖，是地球本身放射性元素衰變產(chǎn)生的熱能，主要是由地殼深部開(kāi)鑿出的“熱、礦、水”三位一體組成的極為寶貴的自然資源，具有穩定、連續、利用效率高等優(yōu)勢，是一種清潔可持續利用的能源。我國中、深層中溫（200米-3000米，90-150 ℃ ）地熱資源中水熱型地熱的能量相當1.25萬(wàn)億噸標準煤。
  深層地熱能是一種特殊的礦產(chǎn)資源，其功能多，用途廣，是一種清潔的可再生資源。隨著(zhù)對地熱資源的不斷開(kāi)發(fā)與研究，深層地熱能將成為繼水力、風(fēng)力和太陽(yáng)能之后又一種重要的可再生能源。筆者認為，在不遠的未來(lái)地熱能對于人類(lèi)的重要性和現實(shí)性將大于其他可再生能源。
  目前，國家提出的“深地探測”計劃被列入“十三五”國家科技創(chuàng )新規劃，“深地計劃”拓展為保證國家戰略優(yōu)勢的領(lǐng)域作出了部署。深層地熱能的開(kāi)發(fā)和利用在技術(shù)上已經(jīng)比較成熟，按照我國《地熱能開(kāi)發(fā)利用“十三五”規劃》提出的發(fā)展目標是“十三五”末期，我國要新增地熱能供暖（制冷）面積11億平方米，新增地熱發(fā)電裝機容量500兆瓦。到2020年，地熱供暖（制冷）面積累計達到16億平方米，地熱發(fā)電裝機容量約530兆瓦。2020年，地熱能年利用量7000萬(wàn)噸標準煤，京津冀地區年利用量達到約2000萬(wàn)噸。
  筆者認為，應該站在我國全面建成小康社會(huì )和實(shí)現高質(zhì)量發(fā)展的高度，對利用深層地熱能逐步替代化石能源作出長(cháng)遠的規劃分步付諸實(shí)施。
  深層地熱宜采用梯級開(kāi)發(fā)模式
  全球有效開(kāi)發(fā)利用地熱資源的國家已達80多個(gè)，美國、冰島、法國、德國、新西蘭、日本等國家在地熱資源開(kāi)發(fā)利用方面處于世界前列，美國正在實(shí)施的地熱能前沿瞭望臺研究計劃，冰島正在實(shí)施的深部超臨界地熱探測計劃，均取得諸多研究成果。各國通過(guò)立法和出臺激勵政策積極推進(jìn)地熱資源產(chǎn)業(yè)發(fā)展，相關(guān)勘探開(kāi)發(fā)利用技術(shù)不斷進(jìn)步，超高溫的地熱勘查、深層地熱探測、干熱巖資源開(kāi)發(fā)等正成為全球地熱資源開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)和制高點(diǎn)。
  我國政府高度重視地熱能的開(kāi)發(fā)利用，相繼出臺了《可再生能源法》和《地熱能開(kāi)發(fā)利用“十三五”規劃》等法規政策，大力支持地熱資源產(chǎn)業(yè)發(fā)展，我國的地熱直接利用量已連續多年位居世界首位。自然資源部中國地質(zhì)調查局按照國家統一部署，積極推動(dòng)地熱資源勘查開(kāi)發(fā)，系統開(kāi)展了全國地熱資源調查，對全國水熱型地熱能和336個(gè)主要城市淺層地熱能進(jìn)行了評價(jià)，初步估算了全國3-10千米干熱巖型地熱能基礎資源量。2017年在青海共和盆地3705米深度鉆獲236℃的干熱巖，實(shí)現了我國干熱巖勘查的重要突破。未來(lái)，自然資源部中國地質(zhì)調查局將重點(diǎn)對深層地熱能和干熱巖勘查開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)組織科技攻關(guān)，發(fā)揮公益性、基礎性引領(lǐng)作用。
  就像水電開(kāi)發(fā)一樣，基于深層地熱埋深越深資源量越大、開(kāi)發(fā)難度越大的特點(diǎn)，因此應該采用梯級開(kāi)發(fā)模式，實(shí)現對深層地熱的科學(xué)合理開(kāi)發(fā)與綜合利用。其中，直接利用的場(chǎng)合應采用梯級利用，即地熱水按照用戶(hù)需要的供熱水溫，溫度由高到低，分別與用戶(hù)需求對應。直接、間接利用的地熱尾水，可以再利用地源熱泵或者第二類(lèi)吸收式熱泵技術(shù)，提高地熱尾水溫度，用于供熱。
  目前，在中深層地熱技術(shù)研發(fā)中，中國科學(xué)院地熱研究中心關(guān)于地熱能的重點(diǎn)研究方向包括“地熱資源富集理論與大熱田預測”、“地熱儲回灌增強技術(shù)與可持續開(kāi)發(fā)利用”、“深層地熱儲探測技術(shù)與找熱應用”。去年，雄安新區的設立為華北地區地熱開(kāi)發(fā)提供了經(jīng)典范例。據介紹，地熱儲回灌增強與可持續開(kāi)發(fā)利用技術(shù)應用最好的范例就是河北雄縣，雄縣的巖溶熱儲條件非常有利。雄縣最大的亮點(diǎn)是實(shí)現了規?；煤桶俜种俚?a href="http://m.keyinmall.com/t/回灌.html" >回灌，之前該地熱田水位下降非?？?，通過(guò)回灌實(shí)現了水位基本穩定。實(shí)踐表明，雄縣地熱利用模式是非常成功的。
  加強深井地熱開(kāi)發(fā)技術(shù)研究與應用
  關(guān)于大型地熱田預測，華北等地區廣泛分布大型巖溶地熱儲，全國1/3的地區都不同程度存在這種寶貴的地熱資源，具有重要的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值。
  目前，在采礦領(lǐng)域大多采用深井高溫巖層隔熱技術(shù)。深井高溫環(huán)境主要是由高溫巖層熱輻射所造成，研發(fā)新型高效的隔熱新材料、新技術(shù)、新工藝，對巖層高溫熱源進(jìn)行隔離，在此基礎上再采用人工制冷降溫技術(shù)等，就會(huì )使井下巷道和采礦工作面取得良好的降溫效果。
  中國工程院院士蔡美峰認為，要堅持深井采礦和深層地熱開(kāi)發(fā)相結合的戰略發(fā)展方向，合理有效地開(kāi)發(fā)和利用地熱資源?！暗責岜旧硎且环N天然能源，現在我們只考慮它的負作用，作為一種災害在防控。如果在深部開(kāi)采過(guò)程中采用熱交換技術(shù)，對巖層中地熱資源開(kāi)發(fā)利用，將深井采礦和深層地熱開(kāi)發(fā)相結合，就能大幅度抵消降溫成本，從而為采礦深井降溫找到一條具有顛覆性的經(jīng)濟有效的技術(shù)途徑?！?/div>
  地熱探測技術(shù)是一切地熱開(kāi)發(fā)的前提。據中國石油集團測井有限公司信息管理部經(jīng)理楊林介紹，該公司利用多種測井儀器探測地層溫度、含油氣信息的地球物理測井技術(shù)，被形象地稱(chēng)為“地層脈搏的聽(tīng)診器”。采用先進(jìn)的電子儀器放入鉆井井眼，實(shí)時(shí)測量、采集豐富的地下信息，然后再經(jīng)過(guò)處理、解釋?zhuān)褱y量信號反演回地質(zhì)信息的技術(shù)，可以精確地探知深層地熱和其它礦產(chǎn)資源情況。另外，微動(dòng)技術(shù)、電磁法在找熱過(guò)程中取得很好的效果，在隱伏巖溶地區找熱方面也取得了成功。
  2017年底，雄安新區首批3個(gè)深度地熱勘探鉆孔順利開(kāi)鉆。它是利用全球樣板提供技術(shù)支撐，打造“采灌均衡、深淺聯(lián)用、清潔高效、永續開(kāi)發(fā)”的地熱資源，是雄安新區第二階段地質(zhì)調查工作的主要任務(wù)之一。在第一階段工作結束后，按照雄安新區地質(zhì)調查總體方案要求，將在第二階段進(jìn)一步勘查評價(jià)地熱資源開(kāi)發(fā)潛力。據了解，首批施工的地熱勘探孔位于容城地熱田，主要目的是勘查容城地熱田的熱儲結構，評價(jià)淺部巖溶熱儲采灌均衡條件下可持續開(kāi)發(fā)利用的潛力，探測深層地熱資源第二空間。
  近年來(lái)，萬(wàn)江集團在河南尉氏的地熱供暖項目中通過(guò)開(kāi)發(fā)中深層地熱水，利用梯級技術(shù)將地熱水的熱量提取出來(lái)用于供暖，通過(guò)熱傳導的方式加熱用戶(hù)家中散熱設備用于供暖，并將取熱后的尾水回灌至地下。兩套系統兩路循環(huán)，整個(gè)過(guò)程封閉運行，取熱不取水。供暖過(guò)程零燃燒、零污染、零排放，真正做到了清潔取暖。
  推進(jìn)深層地熱開(kāi)發(fā)利用的幾點(diǎn)建議
  深層地熱具有資源儲量大、分布廣、穩定性好、用途廣泛等優(yōu)點(diǎn)，不受季節、晝夜變化影響，特別是在我國北方地區應該加快推進(jìn)開(kāi)發(fā)和綜合利用。近年來(lái)，中石化新星公司在深層地熱領(lǐng)域做了很好的探索和嘗試。該公司副總工程師國殿斌結合近年來(lái)地熱開(kāi)發(fā)方面的實(shí)際經(jīng)驗，綜合考慮地熱資源狀況、市場(chǎng)狀況和國家重大戰略需求，提出了幾點(diǎn)政策建議。
  一是要進(jìn)一步加大投入，盡快摸清全國的地熱資源家底。加大財政投入力度，鼓勵各類(lèi)社會(huì )資本積極參與，開(kāi)展全國地熱能資源調查評價(jià)。加大對地熱能勘探開(kāi)發(fā)利用核心關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)的投入力度，加強地熱能專(zhuān)用設備和特種技術(shù)的研發(fā)。
  二是加大地熱能產(chǎn)業(yè)政策扶持。建議將低熱供暖納入供暖行業(yè)支持范圍，落實(shí)地熱供暖企業(yè)以及相關(guān)設備和材料制造企業(yè)的財稅優(yōu)惠政策；重點(diǎn)優(yōu)化地熱產(chǎn)業(yè)資源稅，鑒于技術(shù)上已經(jīng)實(shí)現中深層地熱取熱不耗水，建議免征地熱項目水資源稅，同時(shí)資源稅的收取以扣除回灌量后的用量計征，因地制宜地建立低熱供暖價(jià)格機制。
  三是理順管理體制機制，統一立法，綜合利用。地熱資源涉及自然資源、水利、能源等多個(gè)部門(mén)，目前管理體制有待理順，明確管理主題。應盡快出臺《中國地熱資源開(kāi)發(fā)管理辦法》，加強對地熱開(kāi)發(fā)的事前、事中、事后監督管理。
  四是加大科技攻關(guān)力度。建議在干熱巖鉆井以及壓裂、砂巖回灌、井下回熱等多方面進(jìn)行攻關(guān)和裝備研發(fā)，突破制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸。
  總之，地熱是一種清潔環(huán)保的新型能源，加快對地熱資源的開(kāi)發(fā)和綜合利用，可有效推進(jìn)北方地區清潔供暖“熱代煤”的力度和覆蓋范圍，對助力生態(tài)文明建設具有重要的現實(shí)意義。雖然當前地熱開(kāi)發(fā)和綜合利用還面臨著(zhù)多方面的制約，有技術(shù)方面的，也有政策、價(jià)格和機制等諸多方面的，相信隨著(zhù)國家和社會(huì )對地熱資源認識程度的不斷提升和技術(shù)的不斷超越，未來(lái)地熱一定能成為重要的清潔能源走進(jìn)尋常百姓家，為進(jìn)一步提高我國清潔能源的使用比例和利用效率，為國家實(shí)現能源轉型和打贏(yíng)藍天保衛戰做出應有的貢獻。