“雙碳”目標征程上 地熱產(chǎn)業(yè)不斷迎來(lái)新機遇

地大熱能：地熱能按照賦存狀態(tài)可分為水熱型、干熱巖型等;按照埋深可分為淺層地熱資源、中深層地熱資源等;按照井口溫度分級可分為高溫地熱能、中溫地熱能和低溫地熱能。

地熱能一般按照溫度由高到低進(jìn)行梯級利用。水溫大于90℃的熱水用于烘干、發(fā)電、采暖;利用后水溫降低到90℃-40℃之間,可用于采暖、理療、洗浴、溫室;再次利用后,水溫降低到40℃～25℃之間,用于水產(chǎn)養殖、農業(yè)灌溉等。水溫低于25℃的,既可以運用熱泵技術(shù)進(jìn)行利用(例如淺層地熱能),也可以處理達標后,按技術(shù)規范同層等量回灌。

我國地熱資源量約占全球的1/6。2021年(冰島)第六屆世界地熱大會(huì )統計顯示,在清潔供暖需求帶動(dòng)下,中國地熱能直接利用(非電利用)呈加速發(fā)展趨勢,裝機容量為40.6吉瓦,占全球的38%,位居世界第一,是排名第二美國的兩倍。

盡管如此,利用效能高的地熱發(fā)電,在我國由于資源分布、技術(shù)經(jīng)濟等原因規模較小、進(jìn)展緩慢。20世紀70年代起,我國在西藏地區探索高溫地熱發(fā)電,建設了羊八井、羊易、朗久、那曲等地熱電站。目前,部分地熱電站由于技術(shù)和經(jīng)濟原因關(guān)停,僅羊八井、羊易部分機組仍在運行。

“十三五”以來(lái),聚焦北方地區清潔供暖,助推國家“藍天保衛戰”戰略實(shí)施,國家發(fā)布了《地熱能開(kāi)發(fā)利用“十三五”規劃》。在“雙碳”目標引領(lǐng)下,地熱產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量快速發(fā)展。

中國工程院院士、國家地熱中心技術(shù)委員會(huì )主任郭旭升介紹,當前全國地熱能調查精度持續提高,地熱家底逐漸明晰。160萬(wàn)平方千米國土達到1:25萬(wàn)精度,2萬(wàn)平方千米達到1:5萬(wàn)精度。近5年新增大地熱流數據在前40年總量基礎上增長(cháng)了21%,基本覆蓋陸域全部一、二級構造單元。

淺層地熱能方面,我國完成336個(gè)地級以上城市淺層地熱資源調查。據評估,可開(kāi)采資源量折合7億噸標準煤。據統計,“十三五”期間,我國淺層地熱能利用年增長(cháng)率為10%,到2020年底,淺層地熱能供暖/制冷面積為8.1億平方米?！澳壳?我國淺層地熱能供暖(制冷)面積已位居世界第一。京津冀開(kāi)發(fā)利用規模最大,其他主要分布在遼寧、山東、湖北、江蘇、上海等省(市)城區?！?a href="http://m.keyinmall.com/t/中國地質(zhì)調查局.html" >中國地質(zhì)調查局淺層地溫能研究與推廣中心主任李寧波介紹。

中深層水熱型地熱能方面,華北地區地熱能調查全面推進(jìn),雄安新區首次完成全區整裝勘查。我國4000米以淺的中深層地熱資源量折合標煤12500億噸,年可開(kāi)采資源量折合標煤18.7億噸。到2020年底,我國水熱型地熱供暖面積累計約5.82億平方米,超額完成“十三五”規劃目標。

在干熱巖勘探與開(kāi)發(fā)領(lǐng)域,數十年來(lái)一直是發(fā)達國家領(lǐng)跑。我國干熱巖資源勘探開(kāi)發(fā)現處于探索階段,在青海省共和盆地,初步形成了干熱巖高溫測井、耐高溫鉆完井、高溫花崗巖熱儲縫網(wǎng)壓裂與裂縫監測等關(guān)鍵技術(shù),為后續利用積累了寶貴經(jīng)驗。

能源革命取得突破

山西省作為我國第一個(gè)能源革命綜合改革試點(diǎn)區,近年來(lái)成果突出,位于大同市的陽(yáng)高—天鎮一帶干熱巖地熱資源勘查開(kāi)發(fā)取得的重大突破備受關(guān)注。

噴薄而出的地熱流體,也沖破了傳統理論的藩籬。此前認為,大于150℃的高溫地熱資源帶主要出現在地殼各大板塊的邊緣,熱儲多為花崗巖,在我國主要分布于西藏南部、云南西部、四川西部和臺灣等地。而山西陽(yáng)高—天鎮一帶不具備上述地質(zhì)條件。

近年來(lái),業(yè)內專(zhuān)家根據創(chuàng )新理論,預測了大同、忻州等地存在干熱巖和高溫地熱資源。2016年起,山西省地質(zhì)勘查局在中國科學(xué)院院士朱日祥、王焰新等專(zhuān)家的指導下,與中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)合作開(kāi)展了全省干熱巖地熱資源勘查選區調查研究項目,圈定了天鎮縣馬圈庠、陽(yáng)高縣弧山廟等干熱巖勘查選區。

山西省自然資源廳于2017年批準立項陽(yáng)高—天鎮一帶干熱巖地熱資源預可行性勘查項目,2019年8月項目正式開(kāi)鉆,至2020年3月取得突破性成果。

專(zhuān)家論證認為,該成果對山西能源革命乃至全國可再生清潔能源勘探開(kāi)發(fā)具有重大意義?！?a href="http://m.keyinmall.com/t/山西.html" >山西這次地熱井發(fā)現,是地熱界的一個(gè)新的里程碑,在此類(lèi)區域發(fā)現這么好的地熱資源,在全國是第一份?！?a href="http://m.keyinmall.com/t/中國.html" >中國能源研究會(huì )地熱專(zhuān)業(yè)委員會(huì )主任田廷山說(shuō)。

山西省在這一成果的基礎上,部署了大同盆地重點(diǎn)地區深部高溫地熱資源詳查專(zhuān)項、共建地熱資源勘查及開(kāi)發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗室、建設山西高溫地熱能科研示范試驗電站3項重點(diǎn)工作,以盡快探明高溫地熱資源賦存情況,探索高溫地熱發(fā)電和梯級開(kāi)發(fā)利用,為產(chǎn)業(yè)化布局提供支撐。

今年8月,山西省自然資源廳發(fā)布了《關(guān)于做好自然資源工作促進(jìn)地熱能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的通知》,要求統籌做好資源評價(jià)、規劃管控、要素保障、集約利用、聯(lián)合監管等各項工作,促進(jìn)地熱能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。中國石化新星公司、山西地質(zhì)集團、山西雙良集團等企業(yè)代表表示,要在政府的指導下,探索有利于地熱能開(kāi)發(fā)利用的新型管理技術(shù)和市場(chǎng)運營(yíng)模式。

在今年9月的“綠色未來(lái)——2022地熱能產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇”期間,與會(huì )專(zhuān)家、業(yè)界代表來(lái)到天鎮縣山西高溫地熱資源開(kāi)發(fā)利用科研示范基地考察。這里正按照“小功率、多機組”思路,探索高溫地熱水質(zhì)與發(fā)電工藝適應性,為大規模工業(yè)化生產(chǎn)做好前期試驗研究。

“我們力爭到‘十四五’末建成地熱發(fā)電裝機2萬(wàn)千瓦?！被叵嚓P(guān)負責人介紹說(shuō),深部高溫地熱資源勘查完成后,這里正逐步推進(jìn)地熱能發(fā)電、供暖、種植、養殖、康養梯級開(kāi)發(fā)利用示范建設,為能源產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展再添新動(dòng)能。

地熱資源科學(xué)探尋

山西大同取得突破性成果后,地熱界探討的問(wèn)題是,干熱巖和高溫地熱資源形成機制究竟是怎樣的?類(lèi)似陽(yáng)高—天鎮一帶的高溫地熱資源,接下來(lái)在何處尋找?

據介紹,地熱資源分布受地質(zhì)構造控制,傳統理論認為,深部熱源主要由巖漿提供。例如,冰島等利用地熱能最好的國家,其地熱電站都建在年輕火山的分布區。

“但中國的巖漿熱源型高溫水熱資源的分布和晚新生代火山的分布并沒(méi)有一致性?！?a href="http://m.keyinmall.com/t/王焰新.html" >王焰新指出,五大連池和長(cháng)白山等板內火山雖然年輕,附近卻不存在巖漿熱源型高溫水熱資源的分布。西藏南部存在板緣巖漿熱源型高溫水熱資源分布,卻沒(méi)有任何晚新生代火山?？梢?jiàn),地表年輕火山未必是地下存在巖漿熱源型水熱資源的必要條件。

不依據火山,如何找高溫地熱?

王焰新院士團隊通過(guò)基礎性研究指出,地球深部存在以剪切作用為主的軟流層,其上部的地殼脆性—韌性轉化帶,是干熱巖的熱源,一般深度在10千米～15千米,如果在一個(gè)區域6千米～10千米深度能找到脆性—韌性轉化帶,就能找到干熱巖。

地殼韌性形變與熱隆升—伸展構造有關(guān),熱隆升—伸展構造形成地塹或裂谷。因此,優(yōu)質(zhì)的高溫地熱資源一般分布在比較強烈的新生代盆山體系。山西省六大盆地中的5個(gè)盆地,包括大同盆地,都是裂谷系地塹構造,因而具有發(fā)現高溫地熱的天然稟賦。

在大同盆地陽(yáng)高—天鎮凹陷區域,地球物理重、磁、震等探測手段全部應用后,發(fā)現地下存在一個(gè)巨大的蘑菇狀、上面有“枝杈”的高導低阻體形態(tài)?！斑@可能就是深部熱儲,地殼脆性—韌性轉換帶上的熱源,這么淺的深度不可能是巖漿,具體是什么還需要進(jìn)一步做工作?！?a href="http://m.keyinmall.com/t/王焰新.html" >王焰新指出,“枝杈”是順著(zhù)淺部斷裂發(fā)育的不均勻導熱通道,說(shuō)明天鎮高溫地熱的熱源不在其正下方,為下一步勘探工作提供了空間方向。

王焰新表示,探索深部地熱除了有能源資源意義之外,還具有重大的科學(xué)價(jià)值。深部高溫地熱資源是地球動(dòng)力學(xué)尤其是深部地質(zhì)過(guò)程研究的重要載體。此外,在以巖漿為熱源的高溫水熱系統中,混有一定比例深源巖漿水的可能性非常大,而可能存在的來(lái)自幔源的初生水對于地球物質(zhì)循環(huán)研究具有重要意義,是水科學(xué)及相關(guān)學(xué)科最具挑戰性的研究領(lǐng)域之一。

“當前,我國超過(guò)150度的深部高溫地熱資源開(kāi)發(fā)利用研究還面臨著(zhù)艱巨的挑戰?；镜目茖W(xué)理論體系還沒(méi)有建立,勘查開(kāi)發(fā)技術(shù)、評價(jià)方法體系、熱能發(fā)電技術(shù)還很不成熟?！蓖跹嫘抡f(shuō),我們要有志氣、骨氣、底氣,創(chuàng )立提出自己的深部高溫地熱的新理論體系,同時(shí)在勘探、開(kāi)發(fā)利用領(lǐng)域,敢于變革性地推出一些技術(shù)方法。

當前,各地積極構建清潔低碳、安全高效的能源體系,紛紛出臺了政策保障措施。今年10月,《北京市碳達峰實(shí)施方案》提出深度推進(jìn)供熱系統重構,禁止新建和擴建燃氣獨立供暖系統,有序開(kāi)展地熱及再生水源熱泵替代燃氣供暖行動(dòng),全面布局新能源和可再生能源供熱。業(yè)內指出,這意味著(zhù)北京市燃氣鍋爐已經(jīng)率先“達峰”,將逐步縮減規模和被替代,地熱等可再生能源供熱將擔綱大任。

“雙碳”目標征程上,地熱產(chǎn)業(yè)不斷迎來(lái)新機遇。有專(zhuān)家建議,各級政府、企業(yè)要加大地熱能技術(shù)研發(fā)投入,實(shí)現關(guān)鍵核心技術(shù)自主可控,延長(cháng)地熱產(chǎn)業(yè)鏈。此外,地熱領(lǐng)域必須深化政產(chǎn)學(xué)研用融合,才能取得重大突破,單打獨斗是走不通的。據介紹,我國已成功申辦2023年第七屆世界地熱大會(huì ),地熱產(chǎn)業(yè)將在開(kāi)放創(chuàng )新中,迎來(lái)更為廣闊的發(fā)展前景。