慕尼黑地熱發(fā)展條件對比雄安新區發(fā)展現狀

慕尼黑地熱產(chǎn)業(yè)發(fā)展現狀

慕尼黑地區的中深層地熱能開(kāi)發(fā)起步于上世紀90年代，早期以淺層溫泉洗浴為主。在政府可再生能源激勵計劃政策的激勵下，2008年進(jìn)入爆發(fā)式增長(cháng)階段。慕尼黑市政公用事業(yè)公司(SWM, Stadtwerke München GmbH)是德國最大的市政能源供應商，2012年該公司制定了積極的地熱發(fā)展計劃。在過(guò)去的十幾年里，盡管存在區域和全球經(jīng)濟不確定性影響，慕尼黑地熱產(chǎn)業(yè)一直保持了較強的發(fā)展勢頭。該區中深層地熱資源開(kāi)發(fā)深度從幾百米到大于5000米，利用溫度從20℃到160℃，利用方式從也從早期的洗浴轉變到供暖、發(fā)電等規模開(kāi)發(fā)利用為主（圖1）。目前，慕尼黑地區共運行66個(gè)地熱項目，其中有21個(gè)供暖項目，地熱能目前為大約一半的市政區域供熱網(wǎng)絡(luò )供熱，地熱供能約200MWth，并計劃在2035年翻一番到達400MWth。慕尼黑地區地熱田屬于中低溫地熱田，供暖項目規劃服務(wù)期50年，投資回報期在15年左右，因此，地熱供熱項目不需要依賴(lài)于政府補貼現有6家地熱發(fā)電廠(chǎng)運營(yíng)，裝機容量30MW，并計劃新建的地熱廠(chǎng)可能多達12個(gè)。2019年11月霍爾茨基興熱電聯(lián)產(chǎn)地熱發(fā)電廠(chǎng)正式落成，提供3.4MW的清潔電力和24MW的熱力供應。地熱發(fā)電項目初期經(jīng)濟性則依賴(lài)于德國政府的固定上網(wǎng)電價(jià)和補貼政策。

慕尼黑地熱產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展因素分析

慕尼黑地熱產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展得益于該區豐富的地熱資源基礎和政府積極的能源轉型戰略規劃。適度的財政刺激政策帶動(dòng)了企業(yè)開(kāi)發(fā)地熱資源的積極性，推動(dòng)了地熱能勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)的快速發(fā)展。這一過(guò)程中，在政府積極宣傳和引導下，民眾對地熱資源的認可度越來(lái)越高。

豐富的地熱資源基礎

阿爾卑斯北側的磨拉石盆地是典型的前陸盆地，是德國三大地熱構造區之一。該盆地的形成與阿爾卑斯山的演化密切相關(guān)，磨拉石沉積以阿爾卑斯山碎屑巖為主。盆地從西南部的瑞士到東部的奧地利，綿延300多公里，主要由第三紀磨拉石沉積、白堊紀、上侏羅統（Malm馬爾姆）至中侏羅統（Dogger多格）和三疊紀沉積物充填構成。北側地層埋深淺，向南呈楔狀埋深逐漸加深。慕尼黑占據了前陸盆地的最有利的熱儲發(fā)育位置。上侏羅統Malm巖溶裂縫儲層是該區最具潛力的地熱含水層，具有分布面積廣、構造單一、厚度適中的特征。熱儲產(chǎn)水量大、礦化度低、水質(zhì)腐蝕性小的特征使Malm熱儲成為該區地熱能開(kāi)發(fā)利用的主要目標。其次，白堊紀砂巖也可用于地熱能的利用，古近紀熱儲層由于埋藏淺溫度低則主要用于溫泉洗浴。

慕尼黑-雄安地熱井深度-溫度圖

Malm熱儲巖性以塊狀或厚層狀分布的石灰巖和白云巖組成，熱儲厚度普遍超過(guò)600m?？紫兑匀芏春腿芸p為主，近平行于阿爾卑斯山分布的多條正斷層形成良好的運移通道。熱儲溫度隨埋深增加而增高，從北部的40℃增加到盆地南部深處的160℃以上。因此，溫泉洗浴及區域供熱廠(chǎng)一般分布在盆地北部，熱電聯(lián)產(chǎn)廠(chǎng)則分布于地熱溫度更高的南部地區。

積極的政策扶持

慕尼黑地熱產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展產(chǎn)生于德國能源結構轉型的宏觀(guān)背景下。德國國內整體上能源緊缺，同時(shí)作為歐盟主要成員也是應對氣候變化領(lǐng)域的積極倡導者，主客觀(guān)兩方面的因素促成了德國成為較早重視可再生能源利用的國家之一。2000年，德國《可再生能源法》出臺后，每隔2—4年就會(huì )根據應用情況針對性的進(jìn)行一次調整，這種頻繁的修訂成為德國可再生能源立法的一個(gè)顯著(zhù)特點(diǎn)。該法規定政府通過(guò)項目融資、市場(chǎng)激勵、信貸優(yōu)惠以及提供地熱發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)等多種方式支持地熱能源的開(kāi)發(fā)。

2004年，聯(lián)邦政府資助開(kāi)展了大量地熱資源勘查工作，并發(fā)布了慕尼黑地區地熱資源潛力評價(jià)報告，闡明了該區地熱能開(kāi)發(fā)的巨大潛力。2012年慕尼黑市政公用事業(yè)公司制定了積極的地熱發(fā)展計劃，提出到2025年實(shí)現100%可再生能源電力，2040年以中深層地熱為主100%可再生熱力的雙百計劃，同年修訂的可再生能源法，提出地熱發(fā)電補貼0.25€/kWh，EGS發(fā)電0.05€/kWh的具體補貼政策。對于深層地熱供暖和發(fā)電廠(chǎng)，提供了最多每家熱廠(chǎng)200萬(wàn)歐元和400米以上的鉆井成本的補償金。2021年進(jìn)一步提出了在現有200MWth的地熱供暖的基礎上，2035年翻一番達到400MWth的規模的計劃。

2013年慕尼黑西南部Geretsried探井的失利以及大規模地熱開(kāi)發(fā)的計劃促使在政府支持下，由DMT公司于2015-2016年實(shí)施了全球范圍最大規模的城市三維地震，主要范圍是慕尼黑城市南部的潛力區，總面積達170km2。由于采用了城市適用的可控震源，并未引起明顯的強烈振動(dòng)，從而避免了城市地下設施的損壞。大范圍三維地震的實(shí)施提高了該區的勘探程度，降低了地熱勘探開(kāi)發(fā)的風(fēng)險。慕尼黑地區從最初的幾個(gè)地熱礦權發(fā)展到現在超過(guò)50個(gè)地熱勘探/開(kāi)采礦權，單個(gè)礦權的平均面積約為80km2，地熱能開(kāi)采權證首次授予50年，到期后可以?xún)?yōu)先延長(cháng)，目前地熱礦權幾乎覆蓋了整個(gè)慕尼黑地區。

持續的技術(shù)進(jìn)步

政府的支持下，隨著(zhù)供暖和發(fā)電利用市場(chǎng)規模的快速增長(cháng)，進(jìn)一步帶動(dòng)了地熱相關(guān)科研活動(dòng)。萊布尼茨應用地球物理研究所（LIAG）對慕尼黑地熱資源的勘探起到關(guān)鍵作用。2016年由慕尼黑工業(yè)大學(xué)、埃爾朗根-紐倫堡大學(xué)和拜羅伊特大學(xué)聯(lián)合組成巴伐利亞地熱聯(lián)盟對地熱能領(lǐng)域的研究和實(shí)踐問(wèn)題進(jìn)行聯(lián)合深入研究。2020年以來(lái)，該聯(lián)盟又加入了慕尼黑應用科技大學(xué)等多所研究機構，創(chuàng )建了一個(gè)在科學(xué)、商業(yè)和政治之間傳遞知識和數據的平臺。

采用大井筒分支井、水平井等施工技術(shù)提高地面作業(yè)管理效率。采用大井筒高排量電潛泵組合，單井產(chǎn)量由開(kāi)發(fā)初期的50~80m3/h提高到現階段的大于300m3/h，大大提高了地熱能的單井產(chǎn)出效率。

由于有機朗肯循環(huán)和卡琳娜循環(huán)技術(shù)上的不斷成熟，地熱發(fā)電廠(chǎng)能夠從大于90℃的低品味熱源中提取熱量發(fā)電，這種技術(shù)降低了能夠發(fā)電的地熱資源門(mén)檻溫度，提高地熱能發(fā)電的利用效率，而德國Adoratec公司、Maxxtec公司等均掌握這方面的核心技術(shù)，發(fā)電效率接近20%，用于熱電聯(lián)產(chǎn)有效提高地熱能的綜合利用率。

產(chǎn)學(xué)研的結合促進(jìn)了地熱鉆井等相關(guān)技術(shù)的提升，千米進(jìn)尺鉆速從2008年的20天提高到2016年的11天，通常占項目總開(kāi)支的40%左右的鉆井費用從1500歐元/米降低到1100歐元/米。不斷提高的鉆井效率進(jìn)一步降低了地熱能開(kāi)發(fā)利用的成本，提高項目的整體收益。

政府積極引導民眾接受度高

2006年至2009年，在國家地質(zhì)調查局支持下，萊布尼茨應用地球物理研究所（LIAG）開(kāi)發(fā)并負責運維開(kāi)放式“德國地熱信息系統”（GeotIS），該項目的重點(diǎn)是德國三大盆地的中深層地熱資源。GeotIS以矢量地熱地圖為基礎，集成了熱儲溫度、深度、厚度和導水率等多項參數?？梢杂苫ヂ?lián)網(wǎng)通過(guò)該系統方便地訪(fǎng)問(wèn)德國許多地區的地熱地質(zhì)和地球物理數據。通過(guò)GeotIS的建立有助于規劃部門(mén)、投資者和審批部門(mén)等形成對地熱資源潛力的統一認識，同時(shí)也提高了民眾對地熱資源的接受程度。

自2009年慕尼黑東南部的Unterhaching地熱項目用于發(fā)電后，由于在Unteraching項目井場(chǎng)檢測到了微地震事件，隨后，研究人員建立了一個(gè)有五個(gè)臺站的監測網(wǎng)絡(luò )對熱電廠(chǎng)進(jìn)行地震監測。在后續將近兩年的觀(guān)察期內，測量?jì)x器共記錄了101個(gè)微震事件，僅一次達到2.1級，評估認為可能與該區延伸至基底結晶巖層深處的斷層有關(guān)，不會(huì )對地表附近的建筑物造成損壞性影響，科學(xué)的評估消除了民眾對地熱開(kāi)發(fā)的擔憂(yōu)。

2016年，德國聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò )管理局建立全國性的能源轉型數據平臺SMARD并負責運維，以展示可再生能源融入能源供應系統演變進(jìn)程。平臺可以實(shí)時(shí)查詢(xún)可再生能源生產(chǎn)利用數據。從地熱產(chǎn)品到服務(wù)平臺的智能升級，進(jìn)一步提高了民眾對地熱能開(kāi)發(fā)利用的接受度。

慕尼黑地區地熱地質(zhì)簡(jiǎn)圖

雄安新區地熱發(fā)展現狀及存在問(wèn)題

雄安新區地熱發(fā)展歷程

雄安新區構造上處于渤海灣盆地冀中坳陷的中部凸起區，主要由容城凸起、牛駝鎮凸起、霸縣凹陷、保定凹陷、高陽(yáng)低凸起、饒陽(yáng)凹陷等構造單位組成。區內被牛東斷裂、容東斷裂和牛南斷層分割為雄縣、容城和高陽(yáng)3個(gè)地熱田，地熱田面積覆蓋新區80%以上，地熱田以新生界為蓋層，薊縣系霧迷山組熱儲埋藏頂面埋深600~4000m不等，具有溫度高，連通性，礦化度低等特點(diǎn)，是我國東部中深層地熱資源最有利的地區之一。根據新區地熱資源的勘探、開(kāi)發(fā)、利用的規模及技術(shù)特征可以劃分為四個(gè)階段，早期粗放型開(kāi)發(fā)階段、科學(xué)開(kāi)發(fā)階段以及2017年雄安新區成立后向高質(zhì)量開(kāi)發(fā)過(guò)渡階段與2025年之后全面引領(lǐng)發(fā)展期。

上個(gè)世紀70年代至2009年之前為粗放型開(kāi)發(fā)階段，以小規模粗放型自然開(kāi)采為主，實(shí)現了該區中深層地熱利用從無(wú)到有的轉變。尤其是“六五”期間，華北地熱研究項目揭示了牛駝鎮凸起、容城凸起的地熱資源開(kāi)發(fā)的巨大潛力，并得出碳酸鹽巖是本區主要熱儲層的基本結論。隨著(zhù)地熱井開(kāi)采規模逐年增大，由于缺少地熱尾水回灌工作地下水位迅速下降，地熱井不再自流，且地熱尾水的地表排放對土壤與淺層地下水形成干擾。

雄安新區地熱地質(zhì)簡(jiǎn)圖

2009年，以雄縣政府與中石化新星公司簽訂地熱開(kāi)發(fā)合作協(xié)議為標志，該區的地熱資源利用進(jìn)入科學(xué)開(kāi)發(fā)階段，政企合作共同推進(jìn)雄縣地熱資源的科學(xué)開(kāi)發(fā)利用。通過(guò)科研攻關(guān)形成了該區適用的熱儲評價(jià)技術(shù)、采灌均衡技術(shù)、定向鉆井技術(shù)、間接換熱技術(shù)、高效集輸技術(shù)、梯級利用技術(shù)、動(dòng)態(tài)監測與高效運營(yíng)技術(shù)等一系列從地熱資源勘探、評價(jià)、鉆完井、尾水回灌、梯級利用的完整技術(shù)體系，提高了地熱利用率，降低了運營(yíng)成本，地熱尾水的大范圍回灌減緩了地下水位快速下降的趨勢，初步實(shí)現了采灌平衡下的可持續開(kāi)發(fā)。截至目前，新星公司在雄安新區建成供熱能力700萬(wàn)平米。通過(guò)政企合作、統一規劃建成全國首座“無(wú)煙城”，形成了經(jīng)驗可推廣、技術(shù)可復制的“雄縣模式”。

2017年隨著(zhù)雄安新區的成立，千年雄安高質(zhì)量建設規劃的逐步落實(shí)，新區的地熱產(chǎn)業(yè)發(fā)展由高速開(kāi)發(fā)進(jìn)入向高質(zhì)量開(kāi)發(fā)的過(guò)渡階段，2025年之后地熱利用技術(shù)先進(jìn)，進(jìn)入全面引領(lǐng)發(fā)展期。地熱資源的開(kāi)發(fā)有效支撐了雄安新區綠色低碳之城的建設，地熱影響力持續提升，雄安模式引領(lǐng)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

基于上述對慕尼黑地熱發(fā)展條件的對比分析結合雄安新區發(fā)展現狀，可有如下結論及認識：

（1）加大基礎勘探工作投入，適當補充高精度地震工作量，強化地熱地質(zhì)勘查基礎工作。發(fā)展利用探井、地震與非震勘查資料相結合，開(kāi)展裂縫精細刻畫(huà)與地層漏失層位預測技術(shù)，準確定位資源、預報風(fēng)險，提高雄安新區地熱勘探開(kāi)發(fā)精度和效益。

（2）堅持科學(xué)可持續開(kāi)發(fā)，打造地熱產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量開(kāi)發(fā)的“雄安模式”，通過(guò)持續的監管、技術(shù)革新、管理升級促進(jìn)由“雄縣模式”進(jìn)一步創(chuàng )新發(fā)展形成政府有業(yè)績(jì)、企業(yè)有效益，居民有實(shí)惠的高質(zhì)量發(fā)展的“雄安模式”。

（3）實(shí)時(shí)引導建立地熱發(fā)電示范項目，引領(lǐng)地熱產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。堅持供暖利用為主其它方式為輔的地熱產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向的同時(shí)，建立地熱發(fā)電示范項目，積累技術(shù)經(jīng)驗。

（4）加強地熱礦業(yè)權建設管理，制定積極、可預期的地熱管理政策。保證企業(yè)的基本權益，促進(jìn)行業(yè)健康可持續發(fā)展。充分發(fā)揮地熱在碳中和目標中的作用。