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天津地热国际研讨会侧记
发表时间:2018-10-17 来源:中国自然资源报 作者:田雪莲 范基姣

 中外专家一起查看天津地热勘探井岩芯 。 关晓琳 摄

9月20日~21日,中国地质调查局水文地质环境地质调查中心、吉林大学、中国地质大学(武汉)主办的地热国际研讨会在“中国温泉之都”天津召开。来自中国、美国、法国、新西兰等国家的200多位地热专家,分享了地热资源勘查开发利用的典型案例和最新科研成果,共同探讨了地热开发利用现状与趋势,为正在崛起的地热产业注入新活力。

多样化、高效梯级利用:世界地热能开发利用水平逐年提高

地热能是蕴藏在地球内部的热能,通常分为浅层地热能、水热型地热能、干热岩型地热能。国际能源署(IEA)、中国科学院和中国工程院等机构的研究报告显示,世界地热能基础资源总量为1.25×1027焦耳(折合4.27×108亿吨标准煤)。其中,埋深在5000米以浅的地热能基础资源量为1.45×1026焦耳(折合4.95×107亿吨标准煤)。地热能以其清洁、高效、可再生的优势,在未来清洁能源发展中占有重要地位,有望成为能源结构转型的新方向。目前,全球有效开发利用地热资源的国家已达80多个。地热能开发利用方式呈现多样化、高效梯级利用的特点——直接利用(供暖、康养、旅游、种养殖等)和发电。

在直接利用方面,截至2015年底,世界开发利用浅层地热能的地源热泵总装机容量约为5万兆瓦,占世界地热能直接利用总装机容量的71%左右;水热型地热能供暖装机容量为7556兆瓦,占世界地热能直接利用总装机容量的10.7%。

地热能发电是地热能利用的重要方式。2015年,世界水热型地热能发电装机容量为1.26万兆瓦。冰岛地热发电量占到全国总发电总量的30%,而且全国90%的房屋采用地热供暖。美国地热发电装机容量已达3500多兆瓦,正在实施的地热能前沿瞭望台工作计划到2050年将实现为1亿家庭提供绿色用电。

目前,干热岩型地热能的开发利用正处于试验研究阶段,它是未来地热能发展的重要领域。美国、法国等国家经过近40年的探索,在干热岩勘查评价、热储改造和发电试验等方面取得了重要进展,积累了一定经验。相比而言我国起步较晚,2012 年,科技部设立国家高新技术研究发展计划( 863计划),开启了中国干热岩的专项研究;中国地质调查局和青海省地勘局在青海共和盆地组织开展了干热岩调查评价。

中低温地热供暖为主、发电为辅:中国地热能产业体系已现雏形

在政策引导和市场需求推动下,中国地热资源利用已经形成了以中低温地热供暖等为主、发电为辅的格局。尤其是在水热型地热能利用方面,以年均10%的速度增长,已连续多年位居世界首位。截至2017年底,水热型地热资源供暖建筑面积超过1.5亿平方米,浅层地热能实现供暖(制冷)建筑面积超过5亿平方米。

中国地质调查局水文地质环境地质部副主任吴爱民系统阐释了中国地调局联合国家能源局、中国科学院和国务院发展研究中心等机构发布的《中国地热能发展报告(2018)》白皮书。他介绍说, “十二五”期间,中国地质调查局组织全国60多个单位3000多名技术人员,完成了全国地热资源调查,对浅层地热能、水热型地热能和干热岩型地热能资源分别进行评价。结果显示,我国大陆336个主要城市浅层地热能年可采资源量折合7亿吨标准煤,可实现供暖(制冷)建筑面积320亿平方米;水热型地热能年可采资源量折合18.65亿吨标准煤;初步估算中国大陆埋深3~10千米干热岩型地热能基础资源量折合856万亿吨标准煤,其中埋深在5500米以浅的基础资源量折合106万亿吨标准煤。鉴于干热岩型地热能勘查开发难度和技术发展趋势,埋深在5500米以浅的干热岩型地热能将是未来15~30年中国地热能勘查开发研究的重点领域。

在上世纪70年代我国著名地质学家李四光倡议开展“地热会战”的京津冀区域,正凭借地热资源禀赋和开发基础,成为中国最大的地热城市群。截至2015年底,京津冀年利用浅层地热能建筑物供暖制冷面积为8500万平方米,约占全国的20%。天津市是中国中低温地热资源利用最好的城市之一,现有地热开采井466眼,地热供暖面积3500万平方米,占全市集中供暖面积的8%,主要用于供暖、生活用水和特殊用途等。河北省雄县供暖建筑面积达460万平方米,满足县城95%以上的冬季供暖需求,创建了中国首个供暖“无烟城”,形成了水热型地热能规模化开发利用“雄县模式”。

尽管我国地热能产业体系初步形成,但我国地热能发展也存在不充分、不协调的深层次问题,亟待解决。

一是对地热能资源勘查评价和科学研究不充分。我国进行过两次全国性地热能资源评价,仅对少数地热田进行了系统勘查,研究基础薄弱,分省、分盆地资源评价结果精度较低,与发达国家相比存在明显差距。二是对地热能产业发展初期扶持的政策不充分。目前,中央和地方政府出台了一些财政和价格鼓励政策,对加快浅层地热能开发利用及促进北方地区清洁供暖具有积极的引导作用,但政策不完善,执行不到位、不充分。三是地热能产业发展不协调问题依然突出。四是地热能资源管理制度不协调,缺乏具体可落地的管理手段和措施。

增强型地热系统:国际干热岩勘探开发的前沿成果令人耳目一新

增强型地热系统(EGS),即通过水力压裂等储层改造手段从低渗透率、低孔隙度的高温岩体中提取热量的工程,是从地球深部抽取地热能量的一个复杂过程。从1973年美国芬顿山EGS项目至今,已有8个国家形成了31项EGS示范工程,累计发电装机容量约为12.2兆瓦。

深部地热探测与干热岩资源开发正成为全球地热资源开发的热点和制高点,也成为这次研讨会广泛热议的话题。

本次地热国际研讨会吸引了美国地质调查局地质矿产能源与地球物理科学中心主任科林·威廉姆斯、美国地热能前沿瞭望台(FORGE)计划干热岩项目首席科学家约瑟夫·摩尔、法国苏尔茨干热岩商业化发电项目首席科学家阿尔伯特·金特尔等国际知名专家,他们结合干热岩勘探开发工程案例,介绍了地热(干热岩)EGS场地勘查选址、钻完井、高温测井、压裂造储、大地热流数据收集、地热田三维建模、注采开发诱发微震等技术问题以及研究新成果和新认识。

中国地质调查局水文地质环境地质调查中心张森琦分享的干热岩勘查成果令人振奋。2013 年以来,中国地质调查局与青海省联合推进青海重点地区干热岩型地热能勘查,在共和盆地圈定出14处隐伏干热岩体,在盆地外围圈定出4处干热岩体,总面积3092平方公里。在其中一处干热岩体——恰卜恰干热岩体实施的勘探孔,3705米孔底深处的温度达到236℃。

与会各国专家表示,干热岩勘查与开发需要攻克许多难题,以美国地热能前沿瞭望台“FORGE”计划为例,主要有:高温结晶岩中的水平井钻进技术、低成本钻进技术、硬岩钻探新型完井方法和裂隙网络压裂技术、利用原生裂隙的应力场调整方法、诱发地震的预测和管控、热—力学—化学模型、微震事件与有效储层改造的平衡等。

在高温钻井方面,国外已形成了可满足260℃的完整的高温钻完井技术体系;美国等国家在探索试验激光钻井、热熔钻井、脉冲放电钻井等技术,其中任何一种技术开发成功,都将引起干热岩钻井的革命性变化,明显降低钻井成本。

在高温固井和高温测井方面,国外形成了适用温度高达350℃的固井核心技术,而且主要掌握在斯伦贝谢等几大国际油服公司手中。据悉,相关仪器设备如高温测井仪器售价高昂,外国公司不对外销售仪器,仅提供技术服务,而且服务价格很高。

在地热监测方面,实验性项目主要集中在地热井流体监测、热储改造诱发微地震监测、地热开采环境影响监测等方面。法国公司在莱茵地堑地区实施的苏尔茨增强型地热系统采用光纤传感技术进行了持续多年的温度监测,取得许多新认识。

政策激励科技创新:典型国家地热发展的有益经验值得借鉴

会议报告显示,世界主要资源国促进地热能产业可持续发展的许多激励政策和具体做法,对我国推进地热能产业加快发展具有重要的借鉴意义。

一是立法先行,理顺地热能管理体制机制。为了支持地热能产业发展,发达国家普遍通过立法来确立地热能法律属性,明确管理权责主体,理顺政府管理体制机制。

二是政策激励,推进地热能规模化开发利用。发达国家地热能产业发展具有鲜明的政府引导与政策引领特征。美国、德国等国家均出台了包括税收抵免在内的多项税收优惠政策,对地热能开发利用项目给予一定比例的财政补贴。

三是科技创新,推动地热能高效勘探开发利用。世界地热能发展典型国家均重视科技创新,通过加大科研经费投入、设立重大科技研发计划、组织联合研发团队等方式,持续推动地热能勘探开发利用颠覆性技术攻关,助力地热能产业提质增效。

四是国际合作,助力发展中国家地热能较快发展。发展中国家也高度重视地热能产业发展,通过吸引国外资金和先进技术开发利用本国地热能。

产学研用协同攻关:打造中国地热能全产业链

我国地热能资源雄厚,市场空间广阔,发展趋势良好,是极具发展潜力的朝阳产业。如何用好地热能这一“充电宝”,构建地热能全产业链,为我国高质量绿色发展和生态文明建设高质量发展注入“能量”,是行业内外一直关注且迫切需要解决的问题。专家们在演讲中纷纷对此提出建议。

中国科学院院士汪集旸在报告中抛出了“地球充电/热宝”新概念,引起与会者极大兴趣。他认为,可以将弃风弃光所产生的能量,以及分散在城市中的发电厂、污水处理厂余热等各种“废热”能量集中起来储存于地下并按需求取出加以利用。这种地热与其他可再生能源互补综合利用、实现较高能源使用效率的“地热+”模式,为我国北方地区可再生能源综合利用提供了新思路。

吉林大学许天福教授特别对我国干热岩地热产业发展提出建议。他说,干热岩资源潜力大,研发周期长,政府要加大投入,以高校与科研院所为依托,与企业紧密合作,实现“产学研用”联合攻关。在我国西部青海、西藏地区,加强高温花岗岩型干热岩EGS工程示范基地建设,使我国在该技术领域尽快达到国际同等水平。在我国东部华北平原、松辽盆地等地区,推进沉积盆地型干热岩示范基地建设。依托EGS示范基地,实现干热岩开发利用关键技术的集成及验证,研发单井封闭性干热岩高效换热开发技术等。

自然资源部中国地质调查局副局长王昆在讲话中提出的三项重点工作可谓及时回应了人们的关切。他表示,中国地调局将重点对目前还不具备商业开发条件、技术尚不成熟的深部地热能和干热岩组织科技攻关,近期重点开展3个方面工作:

一是加快推进深部地热资源勘查。中国地调局将深部地热勘查开发摆在与天然气水合物勘查开发同等重要的战略位置,加大资金投入和工作力度,部署开展全国深部地热资源勘查。根据北方地区冬季清洁供暖的需要,优先启动北方主要城市深部热储探测,推进地热资源高效开发利用。

二是实施干热岩资源勘查与试验性开发科技攻坚战。以青海共和盆地为试验区,联合地方政府、企业和科研院所,多方协作,研究热源机制,突破干热岩探测、高温硬岩钻探、储层建造、发电等关键技术,力争实现试验性发电,建成中国首个干热岩勘查开发示范工程和研究基地,为中国干热岩商业化、产业化开发积累经验。

三是搭建地热勘查开发科技创新平台,深化国际合作交流。组织实施地球深部探测计划,打造雄安新区和青海共和地热资源勘查开发国际交流合作平台,建立地热勘查开发国家级重点实验室,联合发起国际地热大科学计划。

中国地热勘探开发利用的第二个春天已经到来。


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