地热迎来发展机遇 油气行业借势可为

   2018-02-01 石油商报6560
核心提示:实现依托地热,多能互补,鼓励探索以地热能为主体,多种清洁能源融合的“地热+”第三代技术的研发与应用示范。
      1月8日,国家发改委等六部委联合印发《关于加快浅层地热能开发利用促进北方采暖地区燃煤减量替代的通知》,将以京津冀及周边地区等北方采暖地区为重点,到2020年,浅层地热能在供热(冷)领域得到有效应用,应用水平得到较大提升。我国是能源消费大国,也是温室气体排放大国,目前二氧化碳排放居全球之首。加快能源结构调整,大力发展低碳及可再生能源对中国经济社会发展具有重要现实意义。

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  地热能是指能够科学、合理地开发利用的地壳、岩石和地热流体中的热能量及其伴生的有用组分。

  世界上已知的地热资源主要分布在三个地带:一是环太平洋沿岸的地热带;二是从大西洋中脊向东横跨地中海、中东到我国滇、藏地热带;三是非洲大裂谷和红海大裂谷的地热带。这些地带都是地壳活动的异常区,多火山及地震,资源量为已探明高温地热资源的10%左右。

  目前,地热能的利用分为两大类:一类是直接利用,其中地源热泵是增长最快的利用方式,如地热采暖、洗浴、游泳、养鱼等。截至2014年底,地源热泵累计装机容量已增至5万兆瓦以上。目前,全世界已有78个国家利用地热能进行供热。

  另一类是地热发电,截至2015年末,全球地热发电累计装机容量已达到1.35万兆瓦,新增装机容量约500兆瓦。预计至2020年、2030年、2050年,全球地热装机容量将分别达到2.59万兆瓦、5.1万兆瓦、15万兆瓦。近年来,世界地热发电市场保持稳定增长,年增长率在4%~5%。

  地热能利用现状

  地热资源分布广泛

  我国开发利用地热能已有2000多年的历史,是世界上利用地热能较早的国家之一。我国地热资源丰富,资源量约占全球地热资源的1/6。

  “十二五”时期,国土资源部对全国336个地级以上城市的浅层地热能、全国31个省(市、自治区)水热型资源调查显示,全国地热资源年可开采量折合标煤26亿吨,具有很好的开发利用潜能。
  中国水热型资源每年可开采量折合标煤18.65亿吨,以中低温为主,高温为辅。中低温水热型资源主要分布在华北、苏北、松辽、江汉等大中型盆地,每年可采资源量折合标煤18.28亿吨。其余山地丘陵区的低温地热资源折合标煤0.19亿吨。高温水热型资源主要分布在西藏自治区、云南、四川和台湾省,年可开采资源量折合标煤0.18亿吨。

  全国336个地级以上城市80%以上的土地面积适宜利用浅层地热能,可实现建筑物冬季供暖面积约323亿平方米。

  地热直接利用量居全球之首

  我国的地热资源利用是以直接利用为主,且利用量连续多年位居全球之首,截至2014年底,我国地热资源直接利用量达到4843.5万兆瓦时,是美国直接利用量的2倍多。

  在地热直接利用构成中,地源热泵利用方式占58%,地热供暖占19%,温泉洗浴占18%。2014年,我国地热供暖比例首次超过温泉洗浴,充分说明我国地热资源能源化利用步伐正在加快。

  截至“十二五”末,全国浅层地热能供暖、制冷面积达到3.92亿平方米,中深层地热供暖面积达到1.02亿平方米。京津冀地区将成为“十三五”期间我国发展地热的主阵地。据统计,截至2015年底,京津冀地区已形成年利用地热供暖制冷面积13000万平方米,实现年替代标煤380万吨,减排二氧化碳980万吨。

  地热发电与欧美差距较大

  地热发电技术主要包括干蒸汽发电、闪蒸发电和双工质循环发电。前者主要用于高温地热田,后者主要用于中低温地热田。

  我国于1970年开始投资建设地热发电项目,是世界上第8个拥有地热发电的国家。但30多年来地热发电发展较为缓慢。20世纪70年代初,我国先后在广东丰顺、山东招远、辽宁熊岳等地建成中低温试验性地热站。目前除广东丰顺地热站外,其余均停止运行。在高温发电方面,目前仅有西藏羊八井地热站在运行。2012年全球地热发电装机容量为11446兆瓦,中国仅为24兆瓦。

  截至2015年底,我国地热发电总装机容量仅27.88兆瓦,居全球第18位,地热发电装机容量占全球地热发电装机容量的0.2%,与地热发达国家相比存在较大差距。

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  地热能利用开发的机遇

  “十三五”规划引领地热产业发展

  2006年实施《可再生能源法》,第一次将地热能明确列入了鼓励发展的新能源范围内。随着我国对地热资源开发利用的重视程度不断提高,其发展促进政策也愈发完善。2013年颁布的《关于促进地热能开发利用的指导意见》是我国第一个完全针对地热资源开发利用的政策。2017年2月,国家发改委、国家能源局及国土资源部联合发布《地热能开发利用“十三五”规划》,这是我国首个地热产业规划,是地热产业发展的里程碑。规划指出,截至2020年,我国地热供暖(制冷)面积将累计达到16亿平方米,地热发电装机容量约530兆瓦。

  雾霾治理促进地热能开发利用

  传统的北方城镇冬季供暖压力较大,燃煤供暖比例较高,导致了严重的环境污染问题。与此同时,近几年连续遭遇雨雪冰冻极端天气,供暖需求呼声强烈。积极推进能源革命,大力提升地热能等新能源的利用水平成为各国各地区培育新的经济增长点的重大战略选择。国家陆续出台了支持北方地区冬季清洁取暖的意见规划等,“北方地区清洁取暖”这一重大民心工程、民生工程为地热供暖产业的规模化发展带来重大机遇。

  油气田企业开发地热有优势

  油田可利用的地热能主要包括原油脱油污水资源和地下热水资源。油田开发过程中伴生中低温地热资源非常丰富,初步测算,中国主要油田区5000以内地热资源总量约为6万亿吨标煤。地温随着深度加深而升高,我国油井深度已达8000多米,地热资源总量将更大。

  油气企业在钻井、流体矿产勘探、开发、集输方面具有集中优势,具备了地热发电站所需的配套设施,且技术基础好,相关人才多。同时,在油田开发中,存在很多报废油气井或勘探评价阶段的“干井”。如果对这些报废油气井或勘探评价阶段的“干井”采取一定的措施,完全可以利用其开采地热,变成“热井”或“油—热—电”联产井。

  此外,油田热储的回注或者回灌系统已经在开采油气的过程中建成并且成功运行,回注或者回灌效率经过油田开采的检验,效率较高,不需要另行建设。

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  地热能开发利用面临的挑战

  地热资源利用率偏低

  我国地热能资源分布广泛、储量丰富,但总体资源利用率还有待提高。根据国土资源部中国地质调查局2015年的调查评价显示,全国浅层地热能年可开采资源量折合7亿吨标煤;全国水热型地热资源量折合1.25万亿吨标煤,年可开采资源量折合19亿吨标煤;埋深在3000~10000米的干热岩资源量折合856万亿吨标煤。2015年底全国地热能年利用量约折合2000万吨标煤。而我国地热发电年利用量约折合360万吨标煤。

  我国地热资源开发利用规模化、产业化水平不高,企业生产布局、产品结构和利用方式不合理,重开发轻管理现象普遍存在,严重制约了地热开发整体经济效益的提高。采取直供、直排供暖方式的地热井,其热能利用率仅为20%~30%,造成了地热资源的严重浪费。

  地热能核心技术体系有待完善

  地下的热来源、热交换、热恢复是一个复杂的过程,目前对于地热资源的研究仍不透彻,实际开发利用难度大。

  在资源勘探方面,我国地热勘查程度仍然较低,地热资源勘查评价、钻井技术和设备等方面仍有待提升。地热核心技术有待突破,如砂岩经济回灌、中低温地热发电、干热岩开发利用等方面。
  地热行业需要培养、引进更多的技术人才,并制定科学合理的技术路线和勘查方案。

  地热行业技术门槛较高。行业应加强干热型、物探技术的应用、提高高温利用技术水平、加强冰源热泵等新技术的研发、提高浅层地温能采用效率。

  现行地热管理法规需统一规范

  地热能开发利用的相关立法不足,顶层设计缺位,缺乏针对地热能利用的法律法规和统一规划;并存在缺位管理、多头管理和重复管理现象。具体表现在:一是管理体制不完善,管水、管矿、管热的部门多头管理;矿业协会,能源协会、水业协会等多行业协调。二是缺乏行业内部统一的标准,如尾水排放温度无标准,有些企业不回灌等。三是地热资源利用结构单一。缺乏综合利用、梯级开发的法规。地热直接利用以采暖为主,不仅浪费了地热资源量(占开采量35%),而且降低了地热企业的经济效益。四是经济激励机制和财政补贴政策仍需完善规划。地热资源的开发利用投资费用高而回报周期长。项目工程规模较庞大,而企业资金方面的支持能力有限。中国对地热能的政策支持力度远远不够,制约了地热产业发展。

  地热产业发展对策建议

  建立国家级地热产业核心技术研发平台

  我国地热资源开发利用程度低,地热发展还处在起步阶段。在技术层面上总体较落后,尚未形成地热产业核心技术,如热资源勘查、地热资源与选区评价等,制约着地热产业的发展。

  因此,建议以国家地热能中心为依托,联合国内外地热研究机构、院校和地热开发企业,建立国家级地热产业核心技术研发平台,并依托地热能利用示范项目,加快地热能利用关键技术产业化进程,并加强技术研究开发、实施示范工程形成对国家地热能开发利用的技术支撑。

  需加大政策扶持力度和完善运行机制

  我国地热资源以中低温资源为主,资源开发利用却因存在初期投资大、成本高、周期长、后期设备维护困难等实际问题,严重制约着地热产业的发展。

  因此,需要国家出台专门的优惠扶持政策予以支持,推动地热产业步入快速发展轨道。扶持政策主要包括:对于地热供暖企业给予一定的财政补贴;制定地热发电上网电价补贴政策;对于地热尾水回灌,按回灌井费用的一定比例给予企业适当的配套资金投入。

  此外,需要尽快制定和出台全国性的地热资源管理法规,以实现对全国地热资源法制化管理,包括财政预算、地热资源开发利用规划、地热探矿权许可证办理、地热采矿许可证办理、地热资源补偿费征收与管理、市场供应价格、环境保护措施、奖励与处罚等。

  充分发挥油企优势助力地热发展

  我国油企拥有丰富的地热资源及专业的技术、人才和资金优势,具有优于比其他行业的地热开发利用的基础,应成为发展可再生能源的重要力量。

  开发油田区域地热资源应坚持勘探优先,充分利用石油勘探开发中形成的物探、钻井、水文地质资料,降低风险、提高效益。在开发时应做好规划协调工作,规划不同类别地热资源利用方式、坚持资源环境保护与开发并重的原则,充分利用伴生资源和现有油田井网资源进行地热资源开发,有助于提高油田企业的开发效益。

  根据油田地热资源特点,结合油区生产、生活的实际情况,利用实用可靠的地热开发技术,以经济效益为出发点,注重环保和社会效益,探索适合不同油区具体实际的地热开发利用模式,形成具有中国石油特色的地热产业。

  积极推进国际合作

  地热开发利用对技术和设备有着较高的要求,特别是地热发电。一方面,我国地热产业化水平不够高,企业生产布局、产品结构和利用方式较为低端;另一方面,新形势下能源结构调整目标对包括地热在内的可再生能源提出了加快发展的要求。因此,非常有必要通过加强国际合作,充分利用地热产业发达国家的管理经验和技术来实现这一目标。我国目前正在大力推行的“一带一路”战略将进一步开启中外能源合作之门,客观上也为地热产业的国际合作提供了机遇。(张蕊 王巧然 整理)

  专家点评

中国科学院地热资源研究中心主任庞忠和

  地热资源开发利用

  新时代从雄安起航

  与化石能源相比,地热能具有强大的社会经济与环保优势,其利用过程中基本不排放污染物,也不会排放二氧化碳。与太阳能和风能相比,地热能是一种连续稳定的能源。地热利用效率高,可以做到“热电联产”,同时供暖和制冷。

  地热资源分布很不均匀,要想经济合理的有效利用,需要找到资源聚集地,进行地热资源成因模式研究、地热资源储量评价研究,不断开辟新的资源储备。这是地热资源规模化可持续利用的基础。

  冬季是华北地区雾霾高发的时期,清洁取暖是从源头上治理雾霾的关键一环。华北地区地热资源丰富,其中京津冀地区最为丰富。“大华北要看京津冀,京津冀要看雄安新区”。雄县地热供暖示范工程首次实现了地热利用高效率和接近零排放的清洁能源利用双重目标,迄今已平稳运行了8年。

  2014年初,国家能源局开始把雄县地热供暖的示范项目向北方地区推广。在过去20年里,我国地热资源直接利用总量一直处于世界第一的位置,目前比美国高一倍倍以上。同时,一般供热系统的主体设备已实现国产化,因而技术基础较好。

  为实现更大范围的推广应用,建议将地热资源利用纳入大气污染防治的总体规划之中,采取必要政策措施与资金扶持,引导地方加大推广力度,出台优惠政策,鼓励各类企业积极参与,提升开发效率和水平,逐步发展成为绿色地热能源产业。

  同时,进一步加强地热资源勘查,探清更深层地热储层发育状况和地热资源开发利用条件。在雄县模式的基础上,雄安新区应该立足于高起点、高标准、高水平的地热资源开发利用;在住宅区,可采用浅层地热能供暖,充分利用地源热泵技术;在集中办公区域宜采用中深层地热能供暖。

  还应努力实现依托地热,多能互补。一方面,加强地热系统运行的长期动态监测和定量化热储模拟;另一方面,对于砂岩热储和岩溶热储开发利用条件稍差的地方,开展储层改造技术研发和试验。鼓励探索以地热能为主体,多种清洁能源融合的“地热+”第三代技术的研发与应用示范。

  (根据其在2018第三届中国地热产业发展与地源热泵创新技术大会上的发言整理)

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