大地“暖流”處處在——國際視野下的地熱開(kāi)發(fā)利用

  近年來(lái)，全球嚴峻的能源形勢以及使用常規能源帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題，促使世界各國努力地尋找新的替代能源來(lái)構建多元化能源結構，以保證本國能源安全。在2013中國國際礦業(yè)大會(huì )可持續發(fā)展分會(huì )場(chǎng)上，來(lái)自不同國家的參會(huì )代表共同探討了地熱產(chǎn)業(yè)發(fā)展的話(huà)題，地熱能以其清潔和儲量豐富的特點(diǎn)正吸引著(zhù)越來(lái)越多的國家予以關(guān)注，本期將美國、冰島、日本這3個(gè)地熱能源開(kāi)發(fā)利用突出國家的經(jīng)驗進(jìn)行梳理介紹，以饗讀者。
 
  目前國際上有100多個(gè)國家開(kāi)發(fā)利用地熱能，并以每年12％的速度遞增，能源專(zhuān)家普遍預計，到2100年地熱能利用將在世界能源總值中占30％～80％。地熱能是指蘊藏在地球內部距地表5公里以?xún)鹊哪芰?，是一種由于復雜的地質(zhì)構造活動(dòng)而形成的巨大自然能源。據估算，地球蘊藏的地熱能約14.5×1025千焦，折合4948萬(wàn)億噸標準煤，而全球煤的埋藏量?jì)H為1萬(wàn)億噸。由此可以看出，地熱資源的利用前景非常廣闊。
 
  地熱發(fā)電是現代地熱的突出利用形式地熱能利用包括地熱直接利用和地熱發(fā)電，其中地熱直接利用歷史悠久，技術(shù)較成熟，主要包括地熱供暖、地熱務(wù)農、地熱醫療、地熱工業(yè)利用。
 
  現代地熱的突出作用是地熱發(fā)電。自從1904年意大利在拉德瑞羅地熱田建立世界上第一座地熱發(fā)電試驗裝置以來(lái)，由于受地熱勘探條件所限，初期發(fā)展較慢，到70年代以后才突飛猛進(jìn)，美國、日本、意大利、新西蘭等國家都把地熱發(fā)電作為新能源開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)，隨之而來(lái)的是一批發(fā)展中國家也奮起猛追，大有后來(lái)居上的勢頭，如菲律賓、墨西哥、印度尼西亞等國家。2005年，根據世界地熱大會(huì )資料統計，全球有24個(gè)國家建有地熱電站，地熱裝機前5位的國家為美國、菲律賓、墨西哥、印度尼西亞和意大利。全球地熱發(fā)電裝機已達到8900兆瓦，年發(fā)電量5.68×1011千瓦時(shí)。
 
  地熱發(fā)電和火力發(fā)電的原理是一樣的，都是利用蒸汽的熱能在汽輪中轉變?yōu)闄C械能，然后帶動(dòng)電機發(fā)電。
 
  所不同的是，地熱發(fā)電不像火力發(fā)電那樣要備有龐大的鍋爐，也不需要消耗燃料，它所用的能源就是地熱能。
 
  地熱發(fā)電比風(fēng)電更穩定，地熱能比太陽(yáng)能、風(fēng)能的能量品位高，而且可長(cháng)期不間斷。據世界能源理事會(huì )統計，一年365天，共計8760小時(shí)，地熱能的利用系數是72%～76%，一些技術(shù)先進(jìn)的國家能達到95%，也就是說(shuō)一年可運行8322小時(shí)，設備維修時(shí)間很短。而普通火電廠(chǎng)的利用系數是50%多一些，風(fēng)力發(fā)電是21%，太陽(yáng)能發(fā)電是14%。另外，地熱產(chǎn)業(yè)所需的單位裝機容量占地面積比光電、風(fēng)電、煤電、核電等至少低1個(gè)量級。
 
  地熱能開(kāi)發(fā)面臨資金和技術(shù)兩大難題和其他可再生能源起步階段一樣，地熱能形成產(chǎn)業(yè)的過(guò)程中面臨的最大問(wèn)題來(lái)自于技術(shù)和資金。
 
  地熱產(chǎn)業(yè)屬于資本密集型行業(yè)，從投資到收益的過(guò)程較為漫長(cháng)，一般從調查、選址、施工到最終發(fā)電需要花10年至15年時(shí)間，較難吸引到商業(yè)投資。據估算，在日本，1千瓦時(shí)(度）電的成本如下：地熱16日元、水力13.6日元、燃油火電10.2日元、燃煤火電6.5日元、燃氣火電6.4日元、核電5.9日元～14.2日元，比較起來(lái)，地熱的發(fā)電成本最高。但隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，地熱的發(fā)電成本也在逐年降低，如九州電力公司的八丁原發(fā)電站，近年來(lái)發(fā)電成本已降至每千瓦時(shí)7日元。
 
  地熱能的利用在技術(shù)層面上有待發(fā)展的地方主要是對于開(kāi)采點(diǎn)的準確勘測，以及對地熱蘊藏量的預測。由于一次鉆探的成本較高，找到合適的開(kāi)采點(diǎn)對于地熱項目的投資建設至關(guān)重要?，F在，地熱產(chǎn)業(yè)已采取引進(jìn)石油、天然氣等常規能源勘測設備，以便為地熱能尋找準確的開(kāi)采點(diǎn)。
 
  另外，地熱用于發(fā)電，如果取用的水多于回注的水，最后可能會(huì )引起地面沉降。地熱井排出的液體中還有二氧化碳、硫化氫、甲烷、氨氣、汞、砷等成分，有可能加重溫室效應和帶來(lái)酸雨。但對于這些問(wèn)題，如果采取各種有效的技術(shù)措施，嚴格監測和防治，是可以解決和控制的。
 
  第一次石油危機后，日本國內曾掀起一股地熱發(fā)電熱。隨著(zhù)原子能發(fā)電的普及和煤炭價(jià)格的回落，功率遠小于火電站的地熱電站逐漸受到冷落。2011 年的“3·11”大地震導致福島核電站發(fā)生核泄漏，日本國內棄核、發(fā)展地熱能的呼聲也隨之高漲。為實(shí)現削減溫室氣體排放目標，樹(shù)立環(huán)保節能的世界形象，樹(shù)立“低碳經(jīng)濟”長(cháng)遠競爭力，日本時(shí)隔20 年再次啟動(dòng)地熱發(fā)電站建設工程。
 
  日本被稱(chēng)為火山列島，擁有火山 119 座，作為日本象征的富士山，就是典型的層狀火山。日本地震、火山活動(dòng)頻繁，災害不斷，但是，正因為擁有這些火山，日本的地表下蘊藏著(zhù)大量熔漿，也帶來(lái)了豐富的地熱資源。據權威統計，日本地熱資源的蘊藏量排名僅次于印尼、美國，位于世界第三，換算成發(fā)電能力達 2347 萬(wàn)千瓦，相當于 15座原子能發(fā)電站。目前日本有 18 處地熱發(fā)電站，地熱發(fā)電量約為風(fēng)力發(fā)電的 2 倍，太陽(yáng)能發(fā)電的 3 倍。世界 70% 的地熱發(fā)電設備由日本的富士電機、東芝、三菱重工公司提供。
 
  為了推動(dòng)地熱發(fā)電站的建設，日本政府推出了一系列扶持政策，包括制定地熱發(fā)電長(cháng)期規劃目標 ：經(jīng)產(chǎn)省預計，2020 年地熱發(fā)電裝機容量增加到2005 年的 2 倍以上，即 120 萬(wàn)千瓦 ；2030 年增加到 190萬(wàn)千瓦。同時(shí)，適當修訂有關(guān)法律 ：2003 年，日本政府發(fā)布了《新能源特別措施法》，要求每家電力公司有義務(wù)開(kāi)發(fā)一定量的新能源發(fā)電。當前，為了促進(jìn)地熱資源的充分合理運用，日本政府正研究解除上述規定，僅要求電力公司采取特定方法發(fā)電即可，不作開(kāi)發(fā)量的約束。此外，還在技術(shù)及資金上給予援助。日本經(jīng)產(chǎn)省牽頭成立了由電力公司負責人、相關(guān)學(xué)者組成的研究會(huì )。2009 年 4 月，日本開(kāi)始對地熱電站的前期投資給予資金援助。為普及地熱發(fā)電，日本經(jīng)產(chǎn)省加大政策扶持力度，增加開(kāi)發(fā)地下資源建設發(fā)電設備的相關(guān)補助。目前，政府補助 20% 的開(kāi)發(fā)費用，正研究將補助提高至 33%。 （原載 11 月 9 日《中國國土資源報》）雖然冰島很早就用地熱供暖，而且有得天獨厚的自然條件，但實(shí)際上冰島在 20 世紀 70 年代以前卻大量使用煤炭和石油，受到 1973年能源危機的沖擊，冰島走上了大規模利用地熱的道路。經(jīng)過(guò) 40 年的努力，2010 年冰島電能的 26% 來(lái)自地熱發(fā)電，73.8% 來(lái)自水電，不足1% 來(lái)自傳統的化石燃料。被視為世界地熱開(kāi)發(fā)楷模的冰島，目前 85% 的住宅都在利用地熱供暖。
 
  冰島地熱資源的勘查與開(kāi)發(fā)由國家統一管理，不允許私有公司進(jìn)行地熱的勘查與開(kāi)發(fā)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)。冰島地熱管理機構包括 ：國家能源局、國家地質(zhì)調查局和能源公司。
 
  國家能源局負責地熱資源勘探和開(kāi)發(fā)政策的制定，并為社團、公司和個(gè)體地熱資源的利用提出建議。國家能源局下設 3 個(gè)獨立的部門(mén) ：能源管理處，主要負責能源統計與分析 ；聯(lián)合國大學(xué)地熱培訓部，承擔對發(fā)展和發(fā)展中國家地熱工程師的培訓任務(wù)，包括地質(zhì)勘查、鉆孔地質(zhì)、地球物理勘查、鉆孔地球物理、儲熱層修建、熱流體化學(xué)、環(huán)境研究、地熱利用和鉆探技術(shù)等專(zhuān)業(yè)知識的培訓 ；水文服務(wù)處代表，主要負責為國家和能源機構監測水文地質(zhì)條件和管理國家水資源，開(kāi)發(fā)和管理自然災害早期預警系統。
 
  國家地質(zhì)調查局是為冰島電力產(chǎn)業(yè)、冰島政府和外國公司有關(guān)地熱科學(xué)和利用領(lǐng)域提供專(zhuān)門(mén)服務(wù)的研究機構。
 
  地質(zhì)調查局不能直接從政府獲得經(jīng)費，但能夠以項目和合同為基礎進(jìn)行運轉。每年地質(zhì)調查局的經(jīng)費約為 600 萬(wàn)美元。20％的經(jīng)費來(lái)自政府合同，其他的經(jīng)費來(lái)自于不同能源公司、公用事業(yè)機構的合同。
 
  能源公司是負責全國水利和地熱資源勘查開(kāi)發(fā)、能源生產(chǎn)與經(jīng)營(yíng)的機構。目前，能源公司擁有多個(gè)地熱電站，以及相應的為居民住宅、工農業(yè)生產(chǎn)等進(jìn)行供熱供暖的工程系統。能源公司需要施工的地熱鉆井則由私人企業(yè)承包完成。
 
  程數值模擬技術(shù)、水巖反應控制技術(shù)、超臨界地熱流體應用技術(shù)。
 
  美國政府在推進(jìn)地熱發(fā)展中也扮演著(zhù)重要角色，出臺了一系列的政策扶持地熱產(chǎn)業(yè)，如：美國聯(lián)邦政府延長(cháng)了對地熱產(chǎn)業(yè)的退稅計劃；各州制定的鼓勵清潔能源使用的政策中都包含了對地熱能發(fā)電的鼓勵；美國能源部還推出了一項“地熱技術(shù)和發(fā)展行動(dòng)計劃”，用于推動(dòng)地熱能的勘探和開(kāi)發(fā)，并以“增強地熱系統”作為主要發(fā)展目標。
 
  另外，美國十分重視地熱資源的基礎調查和數據共享。
 
  由美國能源部資助的美國國家地熱數據系統，將科學(xué)工作者提供的地熱數據進(jìn)行整合后分類(lèi)，實(shí)現數據資源共享，提升了科學(xué)數據的經(jīng)濟與社會(huì )價(jià)值，為政府和企業(yè)地熱資源開(kāi)發(fā)決策提供技術(shù)支撐，提高地熱資源勘探效率的同時(shí)也有利于地熱知識的普及，促進(jìn)地熱技術(shù)推廣。
 
  美國是世界地熱資源大國，但地理分布上極不均衡，8 個(gè)州的地熱能總量達到 300 萬(wàn)千瓦，其中又有 80% 出現在加州。美國是地熱利用的后起之秀，查理·列博在 1930 年發(fā)明了第一臺地熱井下換熱器。20 世紀 60 年代，加州蓋瑟爾斯的地熱電廠(chǎng)開(kāi)始發(fā)電，美國從此一躍成為世界地熱發(fā)電領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊。
 
  作為世界地熱技術(shù)的領(lǐng)跑?chē)?，美?a href="http://keyinmall.com/t/開(kāi)發(fā)地熱能.html" >開(kāi)發(fā)地熱能的技術(shù)和經(jīng)驗受到各國重視。其在地熱勘探關(guān)鍵技術(shù)和開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域都有建樹(shù)，在地熱勘探方面形成了 MT 等地球物理探測技術(shù)、數據庫信息和數值模擬技術(shù)、高分辨率遙感技術(shù)、綜合地質(zhì)、地球物理和地球化學(xué)分析技術(shù)、高溫高壓鉆井和井下測試技術(shù)，獲取關(guān)鍵數據地熱開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)。在地熱開(kāi)發(fā)方面形成了鉆井和成井技術(shù)、人工造儲技術(shù)、熱儲工程數超臨出現在加州。美國是美國政府在推進(jìn)地熱發(fā)美國：領(lǐng)跑世界地熱關(guān)鍵技術(shù)和石油，受到球物修建利用和鉆探技術(shù)等專(zhuān)業(yè)知冰島：國家統一管理地熱能率遠小于火電站的地供。