全球地熱能開(kāi)發(fā)利用現狀與趨勢

地大熱能地熱能+多能互補新聞網(wǎng)訊：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(yōu)勢，業(yè)內對地熱能發(fā)展潛力抱有很大期待。歷經(jīng)多年研究，地熱能技術(shù)不斷取得突破，產(chǎn)業(yè)得到長(cháng)足發(fā)展。同時(shí)，干熱巖、增強型地熱系統、超臨界流體等非常規地熱技術(shù)走入大眾視野，吸引著(zhù)投資者的目光。

3月19日，美國大型研究機構R&M發(fā)布了《2018年地熱能分析》報告。這份報告提供了地熱能技術(shù)發(fā)展、對經(jīng)濟和環(huán)境影響的詳細評估，進(jìn)一步探討了地熱能在社會(huì )環(huán)境中的應用，肯定了地熱是一種簡(jiǎn)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(fā)活動(dòng)正在活躍建設中，對一些地熱資源豐富的國家來(lái)說(shuō)，該技術(shù)有望滿(mǎn)足未來(lái)幾代人的能源供給需求。

地熱能源開(kāi)發(fā)現狀概述

2015年備受矚目的巴黎氣候大會(huì )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(lián)盟成立。該聯(lián)盟的目標是到2030年，全球地熱發(fā)電量增加6倍，地熱供暖增加3倍。

據統計，全球大約有90個(gè)國家擁有可利用的地熱資源，但目前只有24個(gè)國家使用地熱發(fā)電，潛在的巨大地熱發(fā)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(fā)電國遍布世界各地，代表了不同的經(jīng)濟發(fā)展情況。盡管冰島僅僅擁有30多萬(wàn)的人口，但其以755兆瓦的地熱發(fā)電裝機位列全球十大地熱國家之中。從地熱能發(fā)電量的絕對數字來(lái)看，美國處于全球領(lǐng)先地位，其中加利福尼亞州提供了美國地熱發(fā)電量的75%。

常見(jiàn)的地熱發(fā)電廠(chǎng)分為三類(lèi)：干蒸汽、閃蒸汽和二元蒸汽。干蒸汽發(fā)電廠(chǎng)是最古老和簡(jiǎn)單的地熱發(fā)電廠(chǎng)，其產(chǎn)出的蒸汽直接驅動(dòng)渦輪機，凝結水通過(guò)注入井重新注入水庫；閃蒸汽發(fā)電廠(chǎng)是最常見(jiàn)的，在182攝氏度以上的溫度下運行；二元循環(huán)發(fā)電廠(chǎng)在107~182攝氏度之間的較低溫度下運行，熱儲水器通過(guò)熱交換器蒸發(fā)二次流體，驅動(dòng)發(fā)電機在閉合電路發(fā)電。

非常規地熱能的開(kāi)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(xiàn)2020計劃資助的增強型地熱系統（EGS）業(yè)務(wù)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(guò)3千米的超深地熱資源。

2017年早些時(shí)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(dòng)鉆探，創(chuàng )造了有史以來(lái)最深的火山鉆孔。地質(zhì)學(xué)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(zhì)狀態(tài)，以探尋是否可以用于高效的能源生產(chǎn)。

目前，地質(zhì)學(xué)家和工程師們已經(jīng)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(jīng)濟可行性。鉆這么深的地熱井會(huì )帶來(lái)很多困難，但如果研究人員能夠克服這些挑戰，會(huì )大幅減少未來(lái)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(gè)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(guò)程中需要克服的挑戰還有很多，尚未解決的主要問(wèn)題是在3千米深度以下會(huì )失去循環(huán)，并且無(wú)法用水泥去密封失去循環(huán)的區域?，F在，還需要對項目進(jìn)行更多的研究、測試和流量模擬，才能知道鉆井的生產(chǎn)技術(shù)和經(jīng)濟性的最終結果。超臨界地熱鉆井不僅可以開(kāi)辟新的地熱能利用區，提高生產(chǎn)性能，而且可以降低鉆井數量，并顯著(zhù)改善經(jīng)濟效益。

促進(jìn)電源結構更加合理、靈活

雖然經(jīng)歷了幾代專(zhuān)家學(xué)者的努力，但直到今天，地熱產(chǎn)業(yè)在整個(gè)能源領(lǐng)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(gè)特定地區，尤其是地殼構造活躍的地區。

此外，經(jīng)濟體量和地熱資源的不匹配是制約該產(chǎn)業(yè)在全球發(fā)展的重要因素之一。

以美國為例，作為經(jīng)濟領(lǐng)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(fā)展。目前，美國的地熱裝機超過(guò)了3000兆瓦，但仍不足該國電力需求的1%。再對比來(lái)看菲律賓：地熱發(fā)電占該國全部發(fā)電量的27%，但裝機不足2000兆瓦；作為一個(gè)相對欠發(fā)達國家，菲律賓沒(méi)有必要下大力氣開(kāi)發(fā)所有地熱資源，因為受該國經(jīng)濟發(fā)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(zhù)28000兆瓦的裝機，所以印度尼西亞正在開(kāi)發(fā)數十個(gè)新的地熱發(fā)電廠(chǎng)，但目前地熱發(fā)電占印尼總用電量的比例不足10%。

即使如此，業(yè)內仍普遍認為經(jīng)濟高效地開(kāi)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(lái)能源體系中扮演著(zhù)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(fā)展的另一個(gè)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(shù)的進(jìn)步可能會(huì )對地熱發(fā)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(huán)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(jīng)驗進(jìn)軍地熱產(chǎn)業(yè)，并取得了不錯的成果。例如，意大利埃尼公司運營(yíng)的干蒸汽發(fā)電廠(chǎng)始建于1904年，現在成為歐洲大陸深層、超臨界環(huán)境的地熱項目的試點(diǎn)。這個(gè)項目的迷人之處在于，一口超臨界地熱井可以產(chǎn)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(jìn)行化學(xué)和熱物理特性的分析。

挪威在油氣勘探方面也有先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗。目前，挪威的公司Sintef正在開(kāi)發(fā)用于惡劣環(huán)境的測井工具，憑借著(zhù)豐富的油氣工業(yè)儀表經(jīng)驗，該公司希望可以開(kāi)發(fā)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(jìn)行進(jìn)一步的研究。開(kāi)發(fā)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(huì )超過(guò)10千米。地熱項目為油氣公司提供了一個(gè)促進(jìn)技術(shù)發(fā)展、收入來(lái)源多樣化以及綠色轉型的機會(huì )。