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全球地热能开发现状与趋势分析

日期:2019-03-25    来源:中电新闻网

能源资讯中心

2019
03/25
14:39

关键词: 地热能 油气勘探 清洁能源

在全球范围内,地热能依然算一种“小众”能源。但由于其独特的优势,业内对地热能发展潜力抱有很大期待。历经多年研究,地热能技术不断取得突破,产业得到长足发展。同时,干热岩、增强型地热系统、超临界流体等非常规地热技术走入大众视野,吸引着投资者的目光。 

3月19日,美国大型研究机构R&M发布了《2018年地热能分析》报告。这份报告提供了地热能技术发展、对经济和环境影响的详细评估,进一步探讨了地热能在社会环境中的应用,肯定了地热是一种简单、安全的化石燃料替代方法。 

报告指出,目前多种勘探、获取地热能的研发活动正在活跃建设中,对一些地热资源丰富的国家来说,该技术有望满足未来几代人的能源供给需求。 

地热能源开发现状概述 

2015年备受瞩目的巴黎气候大会上达成了多项成果,里面包含一项鲜为人知的成果:全球地热联盟成立。该联盟的目标是到2030年,全球地热发电量增加6倍,地热供暖增加3倍。 

据统计,全球大约有90个国家拥有可利用的地热资源,但目前只有24个国家使用地热发电,潜在的巨大地热发电能力现在只有不到15%的利用率。 

放眼全球,从肯尼亚到冰岛,从日本到美国,地热发电国遍布世界各地,代表了不同的经济发展情况。尽管冰岛仅仅拥有30多万的人口,但其以755兆瓦的地热发电装机位列全球十大地热国家之中。从地热能发电量的绝对数字来看,美国处于全球领先地位,其中加利福尼亚州提供了美国地热发电量的75%。 

常见的地热发电厂分为三类:干蒸汽、闪蒸汽和二元蒸汽。干蒸汽发电厂是最古老和简单的地热发电厂,其产出的蒸汽直接驱动涡轮机,凝结水通过注入井重新注入水库;闪蒸汽发电厂是最常见的,在182摄氏度以上的温度下运行;二元循环发电厂在107~182摄氏度之间的较低温度下运行,热储水器通过热交换器蒸发二次流体,驱动发电机在闭合电路发电。 

非常规地热能的开采现状 

在非常规地热方面,冰岛依然走在研究前沿。 

根据欧盟地平线2020计划资助的增强型地热系统(EGS)业务部署,将非常规地热资源定义为超热、最高温度为550摄氏度、深度超过3千米的超深地热资源。 

2017年早些时候,位于冰岛的雷克雅内斯半岛项目在4.66千米的深度完成钻探,记录的温度为427摄氏度。该项目从2016年8月启动钻探,创造了有史以来最深的火山钻孔。地质学家和工程师们的目标是寻找所谓的“超临界流体”──一种位于地下深层的、既不是液体也不是气体的物质状态,以探寻是否可以用于高效的能源生产。 

目前,地质学家和工程师们已经成功地钻入了冰岛一座火山的中心,旨在评估利用深层非传统地热资源的经济可行性。钻这么深的地热井会带来很多困难,但如果研究人员能够克服这些挑战,会大幅减少未来为探寻地热资源而需钻井的数量,因为钻到地下这么深的地方,流体的能量比传统的地热蒸汽要高得多。 

下一个阶段,项目将向井内泵入冷水,以便在底部生成蒸汽提供地热能源。钻井的过程中需要克服的挑战还有很多,尚未解决的主要问题是在3千米深度以下会失去循环,并且无法用水泥去密封失去循环的区域。现在,还需要对项目进行更多的研究、测试和流量模拟,才能知道钻井的生产技术和经济性的最终结果。超临界地热钻井不仅可以开辟新的地热能利用区,提高生产性能,而且可以降低钻井数量,并显著改善经济效益。 

促进电源结构更加合理、灵活 

虽然经历了几代专家学者的努力,但直到今天,地热产业在整个能源领域的表现依然不算亮眼。主要原因是有限的地热资源仅限于在世界各地的几个特定地区,尤其是地壳构造活跃的地区。 

此外,经济体量和地热资源的不匹配是制约该产业在全球发展的重要因素之一。 

以美国为例,作为经济领先世界的超级大国之一,人们期望看到清洁的地热能源在这里得到飞速发展。目前,美国的地热装机超过了3000兆瓦,但仍不足该国电力需求的1%。再对比来看菲律宾:地热发电占该国全部发电量的27%,但装机不足2000兆瓦;作为一个相对欠发达国家,菲律宾没有必要下大力气开发所有地热资源,因为受该国经济发展的制约,根本使用不了那么多的电力。 

为了比较,可以再看一下菲律宾邻国印度尼西亚的情况。由于其独特的岛屿地理位置,印度尼西亚拥有全球40%的潜在地热能源。这代表着28000兆瓦的装机,所以印度尼西亚正在开发数十个新的地热发电厂,但目前地热发电占印尼总用电量的比例不足10%。 

即使如此,业内仍普遍认为经济高效地开采地热是绝对有必要的。作为可持续的绿色能源,地热可以让电源结构更加合理、灵活,在未来能源体系中扮演着不可或缺的角色。 

为油气公司提供绿色转型机遇 

制约地热大规模发展的另一个重要因素是高昂的钻井成本,而石油和天然气公司钻井技术的进步可能会对地热发展非常有利。 

有吸引力的地热水库通常温度在160~300摄氏度,这些地区的高温环境和高度断裂的岩石让钻井工作变得非常复杂,尤其在选择管状工具、井下工具和胶结材料方面。 

一些油气公司依托在钻井方面积累下的丰富经验进军地热产业,并取得了不错的成果。例如,意大利埃尼公司运营的干蒸汽发电厂始建于1904年,现在成为欧洲大陆深层、超临界环境的地热项目的试点。这个项目的迷人之处在于,一口超临界地热井可以产生传统地热10倍以上的能量,埃尼公司的最终目的是将井的深度从2.2千米增加到3.5千米,对更深层次的蒸汽储层进行化学和热物理特性的分析。 

挪威在油气勘探方面也有先进技术和经验。目前,挪威的公司Sintef正在开发用于恶劣环境的测井工具,凭借着丰富的油气工业仪表经验,该公司希望可以开发出用于300摄氏度井下温度的测井工具。 

测井工具只是面临的众多挑战之一。管理完井液、设备和固井的腐蚀效应方面,还需要进行进一步的研究。开发地热能的方法与油气公司所采用的方法非常相似,油气公司的钻探深度甚至会超过10千米。地热项目为油气公司提供了一个促进技术发展、收入来源多样化以及绿色转型的机会。 

【短评】 

因地制宜 灵活开发 

于琳娜 

在开发地热的过程中,需求与可开发资源不匹配的情况在全球各地都会遇到。 

大国开发利用的地热能源绝对数值会更大,但这只占其发电能力需求的一小部分,一些经济体量较小的国家获得的电力比例会更高,例如冰岛在这一领域是世界领先者,但将其放在全球经济的背景下,冰岛的经济规模很小。 

所以这是否意味着地热发电不是一个好的商业投资?甚至新的地热倡议也不值得关注?答案是两个响亮的否定。 

的确,地热发电永远不会像油气工业那样起到绝对支柱作用,但在某些领域(例如清洁供暖),地热的作用无法替代,对投资者来说,这也是一个可以获得良好回报的产业。 

地热让电源结构变得更加合理和灵活,世界需要各种形式的电力来源,这需要结合国情和资源因地制宜。例如,地热在印尼和冰岛的意义重大,在美国亚利桑那州意义却不大;太阳能在亚利桑那州十分重要,在冰岛却没有开发价值。所以,绿色能源取得成功的标志不是对某一个能源生产来源的教条主义,而是结合特定地区特定资源选取最有意义的方式进行规划开发。 

因地制宜,灵活开发,也许就是地热这个目前还算“小众”的能源存在并发展的意义之所在,未来,它将会创造更大的奇迹。


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