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全球地熱能開發現狀與趨勢分析

時間:[2019-03-25 ] 信息來源:中電新聞網
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   在全球范圍內,地熱能依然算一種“小眾”能源。但由于其獨特的優勢,業內對地熱能發展潛力抱有很大期待。歷經多年研究,地熱能技術不斷取得突破,產業得到長足發展。同時,干熱巖、增強型地熱系統、超臨界流體等非常規地熱技術走入大眾視野,吸引著投資者的目光。

 
  3月19日,美國大型研究機構R&M發布了《2018年地熱能分析》報告。這份報告提供了地熱能技術發展、對經濟和環境影響的詳細評估,進一步探討了地熱能在社會環境中的應用,肯定了地熱是一種簡單、安全的化石燃料替代方法。
 
  報告指出,目前多種勘探、獲取地熱能的研發活動正在活躍建設中,對一些地熱資源豐富的國家來說,該技術有望滿足未來幾代人的能源供給需求。
 
  地熱能源開發現狀概述
 
  2015年備受矚目的巴黎氣候大會上達成了多項成果,里面包含一項鮮為人知的成果:全球地熱聯盟成立。該聯盟的目標是到2030年,全球地熱發電量增加6倍,地熱供暖增加3倍。
 
  據統計,全球大約有90個國家擁有可利用的地熱資源,但目前只有24個國家使用地熱發電,潛在的巨大地熱發電能力現在只有不到15%的利用率。
 
  放眼全球,從肯尼亞到冰島,從日本到美國,地熱發電國遍布世界各地,代表了不同的經濟發展情況。盡管冰島僅僅擁有30多萬的人口,但其以755兆瓦的地熱發電裝機位列全球十大地熱國家之中。從地熱能發電量的絕對數字來看,美國處于全球領先地位,其中加利福尼亞州提供了美國地熱發電量的75%。
 
  常見的地熱發電廠分為三類:干蒸汽、閃蒸汽和二元蒸汽。干蒸汽發電廠是最古老和簡單的地熱發電廠,其產出的蒸汽直接驅動渦輪機,凝結水通過注入井重新注入水庫;閃蒸汽發電廠是最常見的,在182攝氏度以上的溫度下運行;二元循環發電廠在107~182攝氏度之間的較低溫度下運行,熱儲水器通過熱交換器蒸發二次流體,驅動發電機在閉合電路發電。
 
  非常規地熱能的開采現狀
 
  在非常規地熱方面,冰島依然走在研究前沿。
 
  根據歐盟地平線2020計劃資助的增強型地熱系統(EGS)業務部署,將非常規地熱資源定義為超熱、最高溫度為550攝氏度、深度超過3千米的超深地熱資源。
 
  2017年早些時候,位于冰島的雷克雅內斯半島項目在4.66千米的深度完成鉆探,記錄的溫度為427攝氏度。該項目從2016年8月啟動鉆探,創造了有史以來最深的火山鉆孔。地質學家和工程師們的目標是尋找所謂的“超臨界流體”──一種位于地下深層的、既不是液體也不是氣體的物質狀態,以探尋是否可以用于高效的能源生產。
 
  目前,地質學家和工程師們已經成功地鉆入了冰島一座火山的中心,旨在評估利用深層非傳統地熱資源的經濟可行性。鉆這么深的地熱井會帶來很多困難,但如果研究人員能夠克服這些挑戰,會大幅減少未來為探尋地熱資源而需鉆井的數量,因為鉆到地下這么深的地方,流體的能量比傳統的地熱蒸汽要高得多。
 
  下一個階段,項目將向井內泵入冷水,以便在底部生成蒸汽提供地熱能源。鉆井的過程中需要克服的挑戰還有很多,尚未解決的主要問題是在3千米深度以下會失去循環,并且無法用水泥去密封失去循環的區域。現在,還需要對項目進行更多的研究、測試和流量模擬,才能知道鉆井的生產技術和經濟性的最終結果。超臨界地熱鉆井不僅可以開辟新的地熱能利用區,提高生產性能,而且可以降低鉆井數量,并顯著改善經濟效益。
 
  促進電源結構更加合理、靈活
 
  雖然經歷了幾代專家學者的努力,但直到今天,地熱產業在整個能源領域的表現依然不算亮眼。主要原因是有限的地熱資源僅限于在世界各地的幾個特定地區,尤其是地殼構造活躍的地區。
 
  此外,經濟體量和地熱資源的不匹配是制約該產業在全球發展的重要因素之一。
 
  以美國為例,作為經濟領先世界的超級大國之一,人們期望看到清潔的地熱能源在這里得到飛速發展。目前,美國的地熱裝機超過了3000兆瓦,但仍不足該國電力需求的1%。再對比來看菲律賓:地熱發電占該國全部發電量的27%,但裝機不足2000兆瓦;作為一個相對欠發達國家,菲律賓沒有必要下大力氣開發所有地熱資源,因為受該國經濟發展的制約,根本使用不了那么多的電力。
 
  為了比較,可以再看一下菲律賓鄰國印度尼西亞的情況。由于其獨特的島嶼地理位置,印度尼西亞擁有全球40%的潛在地熱能源。這代表著28000兆瓦的裝機,所以印度尼西亞正在開發數十個新的地熱發電廠,但目前地熱發電占印尼總用電量的比例不足10%。
 
  即使如此,業內仍普遍認為經濟高效地開采地熱是絕對有必要的。作為可持續的綠色能源,地熱可以讓電源結構更加合理、靈活,在未來能源體系中扮演著不可或缺的角色。
 
  為油氣公司提供綠色轉型機遇
 
  制約地熱大規模發展的另一個重要因素是高昂的鉆井成本,而石油和天然氣公司鉆井技術的進步可能會對地熱發展非常有利。
 
  有吸引力的地熱水庫通常溫度在160~300攝氏度,這些地區的高溫環境和高度斷裂的巖石讓鉆井工作變得非常復雜,尤其在選擇管狀工具、井下工具和膠結材料方面。
 
  一些油氣公司依托在鉆井方面積累下的豐富經驗進軍地熱產業,并取得了不錯的成果。例如,意大利埃尼公司運營的干蒸汽發電廠始建于1904年,現在成為歐洲大陸深層、超臨界環境的地熱項目的試點。這個項目的迷人之處在于,一口超臨界地熱井可以產生傳統地熱10倍以上的能量,埃尼公司的最終目的是將井的深度從2.2千米增加到3.5千米,對更深層次的蒸汽儲層進行化學和熱物理特性的分析。
 
  挪威在油氣勘探方面也有先進技術和經驗。目前,挪威的公司Sintef正在開發用于惡劣環境的測井工具,憑借著豐富的油氣工業儀表經驗,該公司希望可以開發出用于300攝氏度井下溫度的測井工具。
 
  測井工具只是面臨的眾多挑戰之一。管理完井液、設備和固井的腐蝕效應方面,還需要進行進一步的研究。開發地熱能的方法與油氣公司所采用的方法非常相似,油氣公司的鉆探深度甚至會超過10千米。地熱項目為油氣公司提供了一個促進技術發展、收入來源多樣化以及綠色轉型的機會。
 
【短評】
 
因地制宜 靈活開發
 
于琳娜
 
  在開發地熱的過程中,需求與可開發資源不匹配的情況在全球各地都會遇到。
 
  大國開發利用的地熱能源絕對數值會更大,但這只占其發電能力需求的一小部分,一些經濟體量較小的國家獲得的電力比例會更高,例如冰島在這一領域是世界領先者,但將其放在全球經濟的背景下,冰島的經濟規模很小。
 
  所以這是否意味著地熱發電不是一個好的商業投資?甚至新的地熱倡議也不值得關注?答案是兩個響亮的否定。
 
  的確,地熱發電永遠不會像油氣工業那樣起到絕對支柱作用,但在某些領域(例如清潔供暖),地熱的作用無法替代,對投資者來說,這也是一個可以獲得良好回報的產業。
 
  地熱讓電源結構變得更加合理和靈活,世界需要各種形式的電力來源,這需要結合國情和資源因地制宜。例如,地熱在印尼和冰島的意義重大,在美國亞利桑那州意義卻不大;太陽能在亞利桑那州十分重要,在冰島卻沒有開發價值。所以,綠色能源取得成功的標志不是對某一個能源生產來源的教條主義,而是結合特定地區特定資源選取最有意義的方式進行規劃開發。
 
  因地制宜,靈活開發,也許就是地熱這個目前還算“小眾”的能源存在并發展的意義之所在,未來,它將會創造更大的奇跡。
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