增強型地熱國內外研究現狀與發(fā)展趨勢

  增強型地熱系統已有30多年的研究歷史，但以往只局限在美國、英國、法國、德國、瑞士、日本、澳大利亞等國家。

 

  美國是最早對干熱巖的工程開(kāi)發(fā)進(jìn)行研究的國家，在新墨西哥州中北部的芬頓山成立了干熱巖研究中心。美國政府于1973年資助針對干熱巖開(kāi)發(fā)的EGS試驗研究，1977年獲得了成功，最深鉆孔達4500m，巖體溫度為330℃，熱交換系統深度為3600m。1984年建成了世界上第一座高溫巖體地熱發(fā)電站，發(fā)電功率由最初的3MW提高至10MW，地熱流值達250mW/m2。

 

  從1980年開(kāi)始，日本政府資助了一項研究干熱巖發(fā)電技術(shù)可行性的項目。在山形縣實(shí)施了4個(gè)鉆孔，深度在2000—2200m，巖體溫度為250℃，并進(jìn)行了多次短期的水壓測試。1988年，日本政府和幾個(gè)私人機構還在巖手縣資助了一項研究水－巖體間熱交換項目。

 

  1977—1986年，歐共體資助德國在巴伐利亞?wèn)|北部的Falkenberg開(kāi)展了一項EGS研究：在較淺的深度下，研究巖石的自身裂隙、水壓產(chǎn)生裂隙的形成機制以及水在這些裂隙中的運移機制[7]。

 

  國際能源署（IEA）領(lǐng)導并實(shí)施了一系列有關(guān)地熱利用的國際合作項目。在眾多的地熱利用國際合作項目中，與干熱巖較緊密聯(lián)系是“地熱執行協(xié)議”（GIA）中一個(gè)為期4年（1997—2001）的重大計劃———“干熱巖行動(dòng)計劃”（HotDryRockTask），該計劃由日本的新能源和工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織（NEDO）擔任總執行機構，參與該計劃的國家有澳大利亞、德國、日本、瑞士、英國、美國以及歐共體。

  澳大利亞在2003年在庫珀（Cooper）盆地開(kāi)展了一個(gè)有關(guān)EGS的項目，勘查結果顯示該盆地的熱能儲量高達500億桶油當量（據澳大利亞Metasource公司網(wǎng)站），在4500m的深處干熱巖的溫度高達270℃[8]。Geodynamics有限公司在2003年9月完成了第一口注水井，而且通過(guò)注水在花崗巖巖體上壓裂并形成了一系列永久的連通裂隙。

 

  2008年初，美國麻省理工學(xué)院歷時(shí)3年完成了一份研究報告———《地熱能的未來(lái)》，其副標題是“21世紀增強型地熱系統（干熱巖）對美國的影響”。研究報告指出，增強型地熱系統，或稱(chēng)工程型地熱系統（即以前所稱(chēng)的干熱巖），開(kāi)發(fā)應用潛力巨大，不受地域限制，對環(huán)境影響最小，預示美國干熱巖開(kāi)發(fā)技術(shù)的商業(yè)化運行可望在10—15年內實(shí)現。

 

  中國高溫巖體地熱開(kāi)發(fā)研究起步較晚，僅少數科研單位做了理論探討并參與了干熱巖或EGS國際合作。1993—1995年，中國國家地震局地殼應力研究所和日本中央電力研究所開(kāi)展合作，在北京房山區進(jìn)行了干熱巖發(fā)電的研究試驗工作[9]。2000年，趙陽(yáng)升教授領(lǐng)導的研究團隊開(kāi)始了高溫巖體地熱開(kāi)發(fā)的有關(guān)問(wèn)題研究，并對相關(guān)技術(shù)做了較系統的介紹。

 

  2007年中國能源研究會(huì )地熱專(zhuān)業(yè)委員會(huì )與澳大利亞Petratherm公司簽訂了2年的合作協(xié)議，開(kāi)展了“中國工程型地熱系統資源潛力的研究”國際交流項目，中澳專(zhuān)家已聯(lián)合在一些可望有潛力的選定地區開(kāi)展了初步調查，采集了一些試驗樣品，并進(jìn)行了一系列分析測試、模型研究等工作[10]。

 

  2009年6月29日大慶市組織召開(kāi)全市新能源利用座談會(huì )，認為大慶市的地熱資源非常豐富，分布面積達5000km2，地下4000—5000m深的干熱巖所蘊藏的地熱能源相當于全市油氣能量的1萬(wàn)倍，開(kāi)發(fā)潛力巨大[11]。2009年11月底—12月初，中國能源研究會(huì )地熱專(zhuān)業(yè)委員會(huì )和中國地質(zhì)環(huán)境監測院組團，對澳大利亞“地球動(dòng)力”公司在南澳大利亞Cooper盆地的干熱巖開(kāi)發(fā)利用現場(chǎng)進(jìn)行了實(shí)地考察。2010年，福建省天華能源科技有限公司開(kāi)展了福建省泉州市晉江地域增強型地熱利用系統工程及地震監測試驗研究項目。

 

  中國幅員遼闊，地熱資源豐富，中國地熱資源潛力為11×l06EJ/a，占全球的7.9%[12]。中國有極豐富的深層地熱資源。根據板塊構造理論，中國西南部受印度洋板塊的擠壓作用，東南部受菲律賓板塊的擠壓作用，東部受太平洋板塊的擠壓和俯沖作用，地質(zhì)體活動(dòng)強烈，發(fā)生頻繁的火山噴發(fā)和地震。這些地區有很高的地熱梯度，典型代表如西藏羊八井地區、云南騰沖地區、海南瓊北地區、臺灣及東南沿海地區、長(cháng)白山地區等地，都具有極豐富的高溫巖體地熱資源和很優(yōu)越的開(kāi)發(fā)條件。

 

  自1972年美國人Smith等將干熱巖的開(kāi)發(fā)利用研究從概念模式轉入實(shí)驗階段以來(lái)，這種發(fā)電技術(shù)引起了世界各國的廣泛關(guān)注，通過(guò)國際合作和各國不斷努力，美國、日本、英國、法國、德國等國家在過(guò)去20年間相繼進(jìn)行了有關(guān)方面的實(shí)驗，試驗電廠(chǎng)的發(fā)電量也逐漸由3MW增大到11MW，逐漸接近商業(yè)開(kāi)發(fā)的規模。

 

  在干熱巖領(lǐng)域，中國前期投入較小，主要資助開(kāi)展學(xué)術(shù)交流、探索研究，并未形成國家層面的干熱巖技術(shù)研發(fā)基地和裝備條件。中國以往的地熱開(kāi)采一般在1000m以?xún)?，?a href="http://m.keyinmall.com/t/淺層地熱開(kāi)發(fā).html" >淺層地熱開(kāi)發(fā)為主。淺層地熱的大量開(kāi)采在一些地區造成了地下水位大幅度下降、地面沉降等后果，同時(shí)淺層地熱的溫度、水量等難以滿(mǎn)足高附加值的相關(guān)領(lǐng)域，諸如發(fā)電、工業(yè)加工、農副業(yè)加工等的需要。這使得對EGS的研究及工程應用成為今后中國地熱資源開(kāi)發(fā)的主導方向。

 

  2012年國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）啟動(dòng)了“干熱巖熱能開(kāi)發(fā)與綜合利用關(guān)鍵技術(shù)研究”項目。下設4個(gè)課題，吉林大學(xué)、中國科學(xué)院廣州能源研究所、清華大學(xué)和天津大學(xué)各承擔一個(gè)課題，吉林大學(xué)為項目的牽頭單位。大慶油田，中國科學(xué)院地質(zhì)和地球物理研究所，中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所和中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所等參加這一研究項目。這一項目為開(kāi)展EGS的技術(shù)研究提供了一個(gè)很好的機會(huì )，可為將來(lái)的工程應用提供技術(shù)支撐。