潛力巨大的地?zé)崮?/h1>
2022-11-10 16:21:46
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潛力巨大的地?zé)崮?/h1>
地?zé)崮苁翘N(yùn)藏在地球內(nèi)部的一種潛力巨大的可再生能源，實(shí)際上包括兩類介質(zhì)；一種是巖體熱資源；另一種是水（礦）熱資源。地?zé)崂每梢苑譃榈責(zé)岚l(fā)電和地?zé)嶂苯永脙纱箢?。?jīng)過幾十年幾代人的努力，目前，常規(guī)地?zé)嵋簿褪撬疅嵝偷責(zé)岬闹苯娱_發(fā)利用，我國(guó)已處于世界先進(jìn)水平，利用的地?zé)崮芸偭烤邮澜缜傲?。相?duì)而言，地?zé)岚l(fā)電近30年來發(fā)展緩慢，中低溫地?zé)岚l(fā)電停滯，高溫地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)容量很小，干熱巖資源發(fā)電尚屬空白。本文對(duì)我國(guó)地?zé)岚l(fā)電的歷史、現(xiàn)狀作簡(jiǎn)要介紹，并對(duì)開發(fā)前景進(jìn)行分析。
一、地?zé)岚l(fā)電技術(shù)
要讓地?zé)岚l(fā)電，首先要將熱能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能，然后將動(dòng)能再轉(zhuǎn)變成電能。用于發(fā)電的地?zé)豳Y源，主要有三種，即水熱資源、地壓資源、干熱巖資源。目前只有水熱資源用于商業(yè)發(fā)電，其余還處于試驗(yàn)階段。作為地下熱能的載熱體可以是蒸汽或是熱水，因此地?zé)岚l(fā)電分為地?zé)嵴羝l(fā)電和地下熱水發(fā)電兩大類。地?zé)嵴羝l(fā)電簡(jiǎn)單，因?yàn)榈責(zé)嵴羝仁禽d熱體又是工質(zhì)。地下熱水發(fā)電須先汽水分離，水要排掉，使蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)做功，這種系統(tǒng)叫閃蒸系統(tǒng)（減壓擴(kuò)容系統(tǒng)）；或利用地下熱水來加熱某種低沸點(diǎn)工質(zhì)，進(jìn)入汽輪機(jī)做功，這種系統(tǒng)稱雙流體系統(tǒng)（低沸點(diǎn)雙工質(zhì)系統(tǒng)）；還有一種全流系統(tǒng)，將汽水混合物直接送入一個(gè)膨脹機(jī)做功，產(chǎn)生機(jī)械功帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。目前實(shí)際應(yīng)用的地?zé)崮馨l(fā)電技術(shù)主要有擴(kuò)容閃蒸法、雙工質(zhì)法、螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)組。
二、我國(guó)地?zé)岚l(fā)電歷史與現(xiàn)狀
（一）中低溫地?zé)崃黧w發(fā)電
20世紀(jì)70年代，我國(guó)先后在廣東、江西、湖南、廣西、山東、遼寧、河北等地共建成7處、利用100℃以下中低溫地?zé)崃黧w發(fā)電的小型地?zé)嵩囼?yàn)電站：
1970年廣東豐順縣鄧屋，利用92℃地下熱流體采用閃蒸法發(fā)電試驗(yàn)成功，當(dāng)時(shí)的地質(zhì)部部長(zhǎng)李四光先生還發(fā)去了賀電。首次發(fā)電裝機(jī)容量為86kW。1978年采用雙工質(zhì)法的第二臺(tái)試驗(yàn)機(jī)組發(fā)電量為200kW。1984年第三臺(tái)300kW機(jī)組投入生產(chǎn)。其中1號(hào)機(jī)組、2號(hào)機(jī)組完成試驗(yàn)不久后都停運(yùn)了，3號(hào)機(jī)組（300kW，水溫92℃，閃蒸）一直運(yùn)行至2008年因設(shè)備老化、腐蝕等問題停運(yùn)。
1971年在江西宜春縣建立的溫湯地?zé)嵩囼?yàn)發(fā)電站（2臺(tái)機(jī)組裝機(jī)容量100kW），是世界上因地制宜利用中低溫地?zé)崴l(fā)電的范例。溫湯熱水溫度只有67℃，設(shè)計(jì)為一套雙循環(huán)地?zé)岚l(fā)電試驗(yàn)裝置，工質(zhì)采用氯乙烷。由于氯乙烷的沸點(diǎn)只有12.5℃，當(dāng)67℃的熱水流入蒸發(fā)器，加熱器內(nèi)的低沸點(diǎn)工質(zhì)氯乙烷立即汽化，蒸汽壓力立即升高，主汽門一開，蒸汽就推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。廠用電只需一臺(tái)7kW工質(zhì)泵，就能得到50kW的凈電。這是全世界地?zé)崴疁囟鹊囊蛔⌒偷責(zé)嵩囼?yàn)電站（美國(guó)阿拉斯加Chena電站記錄的世界上中低溫地?zé)岚l(fā)電下限為74℃），整個(gè)電站的廠用電也是，非常成功，這一成果還獲得了1978年全國(guó)科學(xué)大會(huì)獎(jiǎng)。
湖南寧鄉(xiāng)縣灰湯地?zé)嵩囼?yàn)電站也是一個(gè)比較成功的電站，1975年建成，利用98℃的溫泉，年裝機(jī)容量為300kW，電站由省電力系統(tǒng)統(tǒng)一管理，設(shè)備的建造和維護(hù)正規(guī)，正常運(yùn)行30多年后到2008年終因設(shè)備老化停運(yùn)。
河北懷來縣后郝窯，利用85℃的地?zé)崃黧w建立發(fā)電站，也是采用雙循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，工質(zhì)為氯乙烷，裝機(jī)容量為200kW。
遼寧營(yíng)口市熊岳地?zé)嵩囼?yàn)電站，熱水溫度84℃，采用正丁烷作為雙循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的工質(zhì)，裝機(jī)容量為200 kW。
山東招遠(yuǎn)縣湯東泉地?zé)犭娬荆瑹崴疁囟?8℃，裝機(jī)容量為300kW。
廣西象州市熱水村地?zé)犭娬?，熱水溫?9℃，裝機(jī)容量200kW。
從以上資料可以看出：我國(guó)的中低溫地?zé)犭娬净旧鲜窃谟?jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代建立的，雖然總裝機(jī)容量1.6MW微不足道，但都是當(dāng)時(shí)科學(xué)工作者因地制宜、自主探索獲得的寶貴經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)造了利用67℃地?zé)崃黧w的世界低溫度發(fā)電歷史，沒用進(jìn)口設(shè)備，沒請(qǐng)外國(guó)專家，都是大學(xué)老師出圖紙，工廠試生產(chǎn)，其技術(shù)是與世界同步的擴(kuò)容閃蒸法和雙工質(zhì)循環(huán)法。但這些小型地?zé)岚l(fā)電站均是試驗(yàn)研究性質(zhì)，由于試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)減少、設(shè)備腐蝕等原因，其中5處在20世紀(jì)70年代末就認(rèn)為沒有經(jīng)濟(jì)效益而停止運(yùn)行，僅廣東省豐順縣鄧屋和湖南省寧鄉(xiāng)縣灰湯各300kW均運(yùn)行至2008年，因設(shè)備過于老化而停運(yùn)。
（二）高溫地?zé)崮馨l(fā)電
我國(guó)高溫地?zé)崮馨l(fā)電有西藏的羊八井、朗久、那曲、羊易，云南騰沖，臺(tái)灣的清水、土場(chǎng)。目前僅羊八井地?zé)犭娬救栽谶\(yùn)行，其他電站均運(yùn)行時(shí)間不長(zhǎng)，因結(jié)垢等原因停運(yùn)。
西藏羊八井地?zé)犭娬臼俏覈?guó)目前唯一仍在運(yùn)行且效益較好的一個(gè)地?zé)岚l(fā)電站。1975年發(fā)現(xiàn)的羊八井地?zé)嵴羝铮挥诶_市西北90公里青藏公路線上，為一面積30平方公里的斷陷盆地，有十多個(gè)地?zé)犸@示區(qū)，沸泉組成的熱水湖、大小噴氣孔、熱水泉星羅棋布。羊八井地?zé)嵴羝飪?nèi)的第一口鉆孔探至地下38~43米深時(shí)，蒸汽和熱水混合物從鉆桿外沿噴出，高達(dá)15米以上，井口壓力3.1kg/cm2，蒸汽流量10t/h，井下溫度達(dá)到150℃左右。羊八井地?zé)嵴羝锸俏覈?guó)目前已知的熱儲(chǔ)溫度的地?zé)崽?。我?guó)第一座地?zé)嵴羝娬驹谖鞑匮虬司?976年建立，第一臺(tái)1MW試驗(yàn)機(jī)組于1977年發(fā)電成功，此后羊八井地?zé)犭娬窘?jīng)過不斷擴(kuò)容，至1991年陸續(xù)組裝完成了另8臺(tái)3MW機(jī)組，同時(shí)第一臺(tái)1MW試驗(yàn)機(jī)組退役。此后維持裝機(jī)容量24.18MW，每年發(fā)電量1億度左右，在當(dāng)時(shí)拉薩電網(wǎng)中曾承擔(dān)41%的供電負(fù)荷，冬天甚至超過了60%，被譽(yù)為世界屋脊上的一顆明珠。2008年“國(guó)家863計(jì)劃”支持在羊八井地?zé)犭娬拘略霭惭b了1MW低溫雙螺桿膨脹發(fā)電機(jī)組，利用電站排放的80℃廢熱水發(fā)電運(yùn)行，2009年羊八井地?zé)犭娬景l(fā)電量達(dá)到1.419億度。至今羊八井地?zé)犭娬疽堰\(yùn)行40多年，每年運(yùn)行6000小時(shí)以上，年均發(fā)電量超過1.2 億度。此外羊八井還建有地?zé)釡厥曳N植多種蔬菜，一年四季向拉薩供應(yīng)新鮮蔬菜。目前西藏羊八井地?zé)犭娬究傃b機(jī)容量為25.18 MW。
西藏的地?zé)犭娬具€有羊易地?zé)犭娬?，井口工作溫?09℃，裝機(jī)容量30MW；阿里朗久地?zé)犭娬荆?臺(tái)1MW機(jī)組，總裝機(jī)容量2MW；那曲地?zé)犭娬?992年由聯(lián)合國(guó)捐贈(zèng)建設(shè)，采用美國(guó)ORMAT技術(shù)，井口工作溫度110℃，裝機(jī)容量1MW，但該地?zé)犭娬?000年停產(chǎn)。
其他高溫地?zé)岚l(fā)電站有云南騰沖地?zé)崽铮诠ぷ鳒囟?50℃，裝機(jī)容量12MW；臺(tái)灣清水地?zé)犭娬居?977年建立，2臺(tái)1.5MW機(jī)組，裝機(jī)容量3MW；臺(tái)灣土場(chǎng)地?zé)犭娬?983年建成，井口工作溫度173℃，雙工質(zhì)，1臺(tái)機(jī)組裝機(jī)容量0.3MW。
三、地?zé)岚l(fā)電大有可為
目前國(guó)際上評(píng)價(jià)一個(gè)國(guó)家地?zé)岚l(fā)展的程度，往往是以這個(gè)國(guó)家地?zé)岚l(fā)電的產(chǎn)出作為判斷根據(jù)。因?yàn)榈責(zé)岚l(fā)電要求比較高的技術(shù)，地?zé)岚l(fā)電能產(chǎn)生二次能源，為國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供動(dòng)力。根據(jù)國(guó)際地?zé)釁f(xié)會(huì)（IGA）的統(tǒng)計(jì)，至2015年全球有34個(gè)國(guó)家建有地?zé)犭娬?，總裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到18500MW，地?zé)岚l(fā)電10年內(nèi)增長(zhǎng)率為13.4%。同時(shí)預(yù)測(cè)利用現(xiàn)有技術(shù)，世界地?zé)岚l(fā)電潛力至2050年裝機(jī)容量可望達(dá)到70GW；若采用新的技術(shù)（增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)EGS），則裝機(jī)容量可以翻一翻（140吉瓦）。若用地?zé)岚l(fā)電替代燃煤發(fā)電，至2050年將可減少二氧化碳排放每年10億噸，若替代天然氣發(fā)電則可每年減少5億噸。
我國(guó)地?zé)岚l(fā)電探索起步不算晚，但近30年來發(fā)展緩慢，在世界各國(guó)中處于較為落后的局面，地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)容量世界排名第15位，年發(fā)電量排在世界第14位。從地?zé)岚l(fā)電基礎(chǔ)理論和設(shè)備裝配角度看，我國(guó)利用技術(shù)水平已相當(dāng)成熟。從資源儲(chǔ)量角度分析：全國(guó)已發(fā)現(xiàn)地?zé)狳c(diǎn)3200多處，其中具備高溫地?zé)岚l(fā)電潛力有255處，預(yù)計(jì)可獲發(fā)電裝機(jī)5800MW；干熱巖蘊(yùn)藏?zé)崮芰烤薮?，我?guó)大陸3000米至10000米深處干熱巖資源總計(jì)為2.5×1025J，相當(dāng)于860萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，是我國(guó)目前年度能源消耗總量的26萬倍；中低溫地?zé)豳Y源豐富，在東南沿海、華北等地具有很好的中低溫地?zé)岚l(fā)電前景，目前開發(fā)利用量不到資源保有量的千分之一，總體資源保證程度相當(dāng)好。
當(dāng)今世界，能源是一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)命脈。對(duì)比我國(guó)未來40年地?zé)豳Y源路線圖（表1），要實(shí)現(xiàn)2020年高溫地?zé)岚l(fā)電和干熱巖發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到75MW的目標(biāo)還須努力，但通過科學(xué)工作者的共同奮戰(zhàn)，前景還是可以期待的。
表1 我國(guó)地?zé)豳Y源中長(zhǎng)期戰(zhàn)略目標(biāo)建議
首先，我國(guó)境內(nèi)的環(huán)太平洋地?zé)釒Ш偷刂泻！柴R拉雅(滇藏)地?zé)釒N(yùn)藏有豐富的高溫地?zé)豳Y源。我國(guó)擁有150℃以上高溫溫泉區(qū)近百處，主要集中分布在西藏南部、滇西地?zé)釒Ш团_(tái)灣地?zé)釒?。西藏有沸?4個(gè)，根據(jù)地球化學(xué)溫標(biāo)推算高溫水熱對(duì)流系統(tǒng)有61個(gè)，估計(jì)發(fā)電潛力可達(dá)1930.11MWe30a。羊八井地?zé)嵴羝飪?nèi)的ZK4001地?zé)峋诠ぷ鲏毫?5×105Pa，工作溫度200℃，汽水總量302t/h，其中蒸汽流量37t/h，單井發(fā)電潛力即可達(dá)到12.58MW。羊易地?zé)崽锞哂?0MW裝機(jī)的建站條件，遠(yuǎn)景發(fā)電潛力可達(dá)50MW。高溫地?zé)嵴羝紫扔糜诎l(fā)電，地?zé)犭姀S發(fā)電尾水向城市建筑物供暖，可實(shí)現(xiàn)高溫地?zé)岚l(fā)電—尾水供暖的梯級(jí)利用，達(dá)到經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益的雙贏，無論從資源角度、還是從市場(chǎng)方面，有著廣闊的前景。西藏有高溫地?zé)嵴羝l(fā)電成功經(jīng)驗(yàn)，地?zé)豳Y源豐富但開發(fā)利用程度較低，進(jìn)一步開發(fā)羊八井深部熱能，可提高羊八井地?zé)犭娬景l(fā)電能力。加大加快青藏路沿線地?zé)豳Y源開發(fā)力度，以現(xiàn)有地?zé)犭娬緸榛A(chǔ)，建立高溫地?zé)衢_發(fā)利用示范基地，以此帶動(dòng)云南、福建、臺(tái)灣等地區(qū)的高溫地?zé)衢_發(fā)利用。
其次，改進(jìn)中低溫（100℃以下） 地?zé)岚l(fā)電技術(shù)，使經(jīng)濟(jì)上更具競(jìng)爭(zhēng)力。轉(zhuǎn)變“中低溫地?zé)岚l(fā)電在技術(shù)上可行、但經(jīng)濟(jì)上不可行”的歷史偏見和認(rèn)知誤區(qū)。太陽(yáng)能光伏發(fā)電10萬元裝機(jī)1kW，年運(yùn)行2000小時(shí)；而中低溫地?zé)岚l(fā)電1萬元裝機(jī)1kW，可實(shí)現(xiàn)年運(yùn)行6000小時(shí)以上，優(yōu)勢(shì)顯而易見。經(jīng)濟(jì)性要從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度看，不能只從單一的經(jīng)濟(jì)利益來評(píng)價(jià)地?zé)岚l(fā)電，還應(yīng)認(rèn)識(shí)到生產(chǎn)的是無碳的二次能源，包括能源結(jié)構(gòu)的改善、環(huán)境效益等。
另外，大量的礦山企業(yè)、燃煤電站和諸多油田廢棄油井所排放的高于80℃以上的廢水，采用雙流體系統(tǒng)發(fā)電，可以物盡其才廢物利用。尤其是油氣田伴生的中低溫地?zé)豳Y源總量非常巨大，綜合開發(fā)利用將給我國(guó)地?zé)岚l(fā)電帶來新的機(jī)遇。油田區(qū)注水采油，使許多油田含水率已達(dá)90%，實(shí)際上是“水田”。地?zé)岚l(fā)電成本高在于鑿井費(fèi)用，利用油氣田已有井孔，可大量節(jié)省打井費(fèi)用，減少60%投資。油氣田綜合開發(fā)利用地?zé)豳Y源，發(fā)電成本是增強(qiáng)地?zé)嵯到y(tǒng)（EGS）的1/4或1/5。已有統(tǒng)計(jì)預(yù)算：僅是我國(guó)任丘油田可供發(fā)電的中低溫(90～150℃)地?zé)豳Y源就可建2000MW以上的地?zé)犭娬?。油氣田區(qū)開發(fā)地?zé)豳Y源，可以產(chǎn)生油—熱—電聯(lián)產(chǎn)井綜合效益，將是今后地?zé)岙a(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)方向。
第四，向深部干熱巖進(jìn)軍。干熱巖資源量占全部地?zé)豳Y源的98%，潛力無比巨大。地殼中干熱巖所蘊(yùn)含的能量相當(dāng)于全球所有石油、天然氣和煤炭所蘊(yùn)藏能量的30倍，是一種可再生能源，可以說取之不盡、用之不竭，是地?zé)岚l(fā)電領(lǐng)域新的突破點(diǎn)。目前，全球眾多經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)干熱巖的發(fā)電研究方興未艾。世界上第一個(gè)商用增強(qiáng)型地?zé)岚l(fā)電廠已經(jīng)在德國(guó)建成，2007 年投入運(yùn)行每年可發(fā)電2200 千瓦時(shí)。建造一個(gè)干熱巖發(fā)電廠一般需要5年時(shí)間，其使用壽命一般在15～20年左右。我國(guó)增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)（EGS）的具體目標(biāo)是：初步將2020年作為技術(shù)成熟期，2035年形成規(guī)模開發(fā)，2050年將地?zé)岚l(fā)電的目標(biāo)設(shè)定為全國(guó)總裝機(jī)容量的5%～10%，這是非常高的目標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，地?zé)峤缭谂??？瓶颊J(rèn)為西藏南部上地殼中的熔融層是尋找增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)的有利地區(qū)，羊八井深部和云南騰沖熱海熱田的發(fā)電潛力可達(dá)到100GWe。2007～2008年中、澳簽訂合作協(xié)議共同承擔(dān)“中國(guó)工程地?zé)嵯到y(tǒng)資源潛力的研究”項(xiàng)目，兩國(guó)科學(xué)家多次在云南、廣東、福建、江蘇等地考察，選擇福建漳州和江蘇北部為前景區(qū)。2010年國(guó)土資源部啟動(dòng)“我國(guó)干熱巖勘查關(guān)鍵技術(shù)研究”。2012年科技部863項(xiàng)目啟動(dòng)“干熱巖熱能開發(fā)與綜合利用關(guān)鍵技術(shù)研究”。高溫巖體地?zé)豳Y源豐富、地?zé)崽荻雀叩那嗪９埠团璧刈鳛槲覈?guó)干熱巖優(yōu)先開發(fā)地區(qū)，投入了深部地球物理勘探，實(shí)施了干熱巖科學(xué)鉆探，2017年8月位于青海省共和縣的GR1井實(shí)施固井一次成功，井深3705米探獲236℃優(yōu)質(zhì)干熱巖，成為國(guó)內(nèi)溫度的干熱巖井。2019年自然資源部中國(guó)地質(zhì)局正式印發(fā)《青海共和盆地干熱巖勘查與試驗(yàn)性開發(fā)科技攻堅(jiān)戰(zhàn)實(shí)施方案（2018~2025）》，明確總體目標(biāo)：通過協(xié)同攻關(guān)，突破干熱巖勘查開發(fā)重大技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)干熱巖勘探開發(fā)重大儀器國(guó)產(chǎn)化，建立中國(guó)首個(gè)可復(fù)制推廣的經(jīng)濟(jì)型、規(guī)?；蔁釒r開發(fā)示范工程。一旦試驗(yàn)成功并廣泛推廣應(yīng)用，則又是地?zé)岚l(fā)電的一個(gè)歷史里程碑。
國(guó)家給予政策和財(cái)政支持。相比風(fēng)能、太陽(yáng)能等其他可再生能源，地?zé)岚l(fā)電具有很高的利用效率。據(jù)《聯(lián)合國(guó)世界能源評(píng)價(jià)報(bào)告》（2007），地?zé)岚l(fā)電的利用效率高達(dá)72%～76%，是風(fēng)能的3～4倍、太陽(yáng)能的4～5倍。增加我國(guó)地?zé)岚l(fā)電的裝機(jī)容量，既可以促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，又可以在減排的國(guó)際談判中爭(zhēng)取話語(yǔ)權(quán)。建議參照其他可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策，給予地?zé)岚l(fā)電上網(wǎng)電價(jià)補(bǔ)貼，鼓勵(lì)和吸引更多企業(yè)和資金投入到地?zé)岚l(fā)電項(xiàng)目中來。
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潛力巨大的地?zé)崮?/h1>
地?zé)崮苁翘N(yùn)藏在地球內(nèi)部的一種潛力巨大的可再生能源，實(shí)際上包括兩類介質(zhì)；一種是巖體熱資源；另一種是水（礦）熱資源。地?zé)崂每梢苑譃榈責(zé)岚l(fā)電和地?zé)嶂苯永脙纱箢?。?jīng)過幾十年幾代人的努力，目前，常規(guī)地?zé)嵋簿褪撬疅嵝偷責(zé)岬闹苯娱_發(fā)利用，我國(guó)已處于世界先進(jìn)水平，利用的地?zé)崮芸偭烤邮澜缜傲?。相?duì)而言，地?zé)岚l(fā)電近30年來發(fā)展緩慢，中低溫地?zé)岚l(fā)電停滯，高溫地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)容量很小，干熱巖資源發(fā)電尚屬空白。本文對(duì)我國(guó)地?zé)岚l(fā)電的歷史、現(xiàn)狀作簡(jiǎn)要介紹，并對(duì)開發(fā)前景進(jìn)行分析。
一、地?zé)岚l(fā)電技術(shù)
要讓地?zé)岚l(fā)電，首先要將熱能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能，然后將動(dòng)能再轉(zhuǎn)變成電能。用于發(fā)電的地?zé)豳Y源，主要有三種，即水熱資源、地壓資源、干熱巖資源。目前只有水熱資源用于商業(yè)發(fā)電，其余還處于試驗(yàn)階段。作為地下熱能的載熱體可以是蒸汽或是熱水，因此地?zé)岚l(fā)電分為地?zé)嵴羝l(fā)電和地下熱水發(fā)電兩大類。地?zé)嵴羝l(fā)電簡(jiǎn)單，因?yàn)榈責(zé)嵴羝仁禽d熱體又是工質(zhì)。地下熱水發(fā)電須先汽水分離，水要排掉，使蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)做功，這種系統(tǒng)叫閃蒸系統(tǒng)（減壓擴(kuò)容系統(tǒng)）；或利用地下熱水來加熱某種低沸點(diǎn)工質(zhì)，進(jìn)入汽輪機(jī)做功，這種系統(tǒng)稱雙流體系統(tǒng)（低沸點(diǎn)雙工質(zhì)系統(tǒng)）；還有一種全流系統(tǒng)，將汽水混合物直接送入一個(gè)膨脹機(jī)做功，產(chǎn)生機(jī)械功帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。目前實(shí)際應(yīng)用的地?zé)崮馨l(fā)電技術(shù)主要有擴(kuò)容閃蒸法、雙工質(zhì)法、螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)組。
二、我國(guó)地?zé)岚l(fā)電歷史與現(xiàn)狀
（一）中低溫地?zé)崃黧w發(fā)電
20世紀(jì)70年代，我國(guó)先后在廣東、江西、湖南、廣西、山東、遼寧、河北等地共建成7處、利用100℃以下中低溫地?zé)崃黧w發(fā)電的小型地?zé)嵩囼?yàn)電站：
1970年廣東豐順縣鄧屋，利用92℃地下熱流體采用閃蒸法發(fā)電試驗(yàn)成功，當(dāng)時(shí)的地質(zhì)部部長(zhǎng)李四光先生還發(fā)去了賀電。首次發(fā)電裝機(jī)容量為86kW。1978年采用雙工質(zhì)法的第二臺(tái)試驗(yàn)機(jī)組發(fā)電量為200kW。1984年第三臺(tái)300kW機(jī)組投入生產(chǎn)。其中1號(hào)機(jī)組、2號(hào)機(jī)組完成試驗(yàn)不久后都停運(yùn)了，3號(hào)機(jī)組（300kW，水溫92℃，閃蒸）一直運(yùn)行至2008年因設(shè)備老化、腐蝕等問題停運(yùn)。
1971年在江西宜春縣建立的溫湯地?zé)嵩囼?yàn)發(fā)電站（2臺(tái)機(jī)組裝機(jī)容量100kW），是世界上因地制宜利用中低溫地?zé)崴l(fā)電的范例。溫湯熱水溫度只有67℃，設(shè)計(jì)為一套雙循環(huán)地?zé)岚l(fā)電試驗(yàn)裝置，工質(zhì)采用氯乙烷。由于氯乙烷的沸點(diǎn)只有12.5℃，當(dāng)67℃的熱水流入蒸發(fā)器，加熱器內(nèi)的低沸點(diǎn)工質(zhì)氯乙烷立即汽化，蒸汽壓力立即升高，主汽門一開，蒸汽就推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。廠用電只需一臺(tái)7kW工質(zhì)泵，就能得到50kW的凈電。這是全世界地?zé)崴疁囟鹊囊蛔⌒偷責(zé)嵩囼?yàn)電站（美國(guó)阿拉斯加Chena電站記錄的世界上中低溫地?zé)岚l(fā)電下限為74℃），整個(gè)電站的廠用電也是，非常成功，這一成果還獲得了1978年全國(guó)科學(xué)大會(huì)獎(jiǎng)。
湖南寧鄉(xiāng)縣灰湯地?zé)嵩囼?yàn)電站也是一個(gè)比較成功的電站，1975年建成，利用98℃的溫泉，年裝機(jī)容量為300kW，電站由省電力系統(tǒng)統(tǒng)一管理，設(shè)備的建造和維護(hù)正規(guī)，正常運(yùn)行30多年后到2008年終因設(shè)備老化停運(yùn)。
河北懷來縣后郝窯，利用85℃的地?zé)崃黧w建立發(fā)電站，也是采用雙循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，工質(zhì)為氯乙烷，裝機(jī)容量為200kW。
遼寧營(yíng)口市熊岳地?zé)嵩囼?yàn)電站，熱水溫度84℃，采用正丁烷作為雙循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的工質(zhì)，裝機(jī)容量為200 kW。
山東招遠(yuǎn)縣湯東泉地?zé)犭娬荆瑹崴疁囟?8℃，裝機(jī)容量為300kW。
廣西象州市熱水村地?zé)犭娬?，熱水溫?9℃，裝機(jī)容量200kW。
從以上資料可以看出：我國(guó)的中低溫地?zé)犭娬净旧鲜窃谟?jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代建立的，雖然總裝機(jī)容量1.6MW微不足道，但都是當(dāng)時(shí)科學(xué)工作者因地制宜、自主探索獲得的寶貴經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)造了利用67℃地?zé)崃黧w的世界低溫度發(fā)電歷史，沒用進(jìn)口設(shè)備，沒請(qǐng)外國(guó)專家，都是大學(xué)老師出圖紙，工廠試生產(chǎn)，其技術(shù)是與世界同步的擴(kuò)容閃蒸法和雙工質(zhì)循環(huán)法。但這些小型地?zé)岚l(fā)電站均是試驗(yàn)研究性質(zhì)，由于試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)減少、設(shè)備腐蝕等原因，其中5處在20世紀(jì)70年代末就認(rèn)為沒有經(jīng)濟(jì)效益而停止運(yùn)行，僅廣東省豐順縣鄧屋和湖南省寧鄉(xiāng)縣灰湯各300kW均運(yùn)行至2008年，因設(shè)備過于老化而停運(yùn)。
（二）高溫地?zé)崮馨l(fā)電
我國(guó)高溫地?zé)崮馨l(fā)電有西藏的羊八井、朗久、那曲、羊易，云南騰沖，臺(tái)灣的清水、土場(chǎng)。目前僅羊八井地?zé)犭娬救栽谶\(yùn)行，其他電站均運(yùn)行時(shí)間不長(zhǎng)，因結(jié)垢等原因停運(yùn)。
西藏羊八井地?zé)犭娬臼俏覈?guó)目前唯一仍在運(yùn)行且效益較好的一個(gè)地?zé)岚l(fā)電站。1975年發(fā)現(xiàn)的羊八井地?zé)嵴羝铮挥诶_市西北90公里青藏公路線上，為一面積30平方公里的斷陷盆地，有十多個(gè)地?zé)犸@示區(qū)，沸泉組成的熱水湖、大小噴氣孔、熱水泉星羅棋布。羊八井地?zé)嵴羝飪?nèi)的第一口鉆孔探至地下38~43米深時(shí)，蒸汽和熱水混合物從鉆桿外沿噴出，高達(dá)15米以上，井口壓力3.1kg/cm2，蒸汽流量10t/h，井下溫度達(dá)到150℃左右。羊八井地?zé)嵴羝锸俏覈?guó)目前已知的熱儲(chǔ)溫度的地?zé)崽?。我?guó)第一座地?zé)嵴羝娬驹谖鞑匮虬司?976年建立，第一臺(tái)1MW試驗(yàn)機(jī)組于1977年發(fā)電成功，此后羊八井地?zé)犭娬窘?jīng)過不斷擴(kuò)容，至1991年陸續(xù)組裝完成了另8臺(tái)3MW機(jī)組，同時(shí)第一臺(tái)1MW試驗(yàn)機(jī)組退役。此后維持裝機(jī)容量24.18MW，每年發(fā)電量1億度左右，在當(dāng)時(shí)拉薩電網(wǎng)中曾承擔(dān)41%的供電負(fù)荷，冬天甚至超過了60%，被譽(yù)為世界屋脊上的一顆明珠。2008年“國(guó)家863計(jì)劃”支持在羊八井地?zé)犭娬拘略霭惭b了1MW低溫雙螺桿膨脹發(fā)電機(jī)組，利用電站排放的80℃廢熱水發(fā)電運(yùn)行，2009年羊八井地?zé)犭娬景l(fā)電量達(dá)到1.419億度。至今羊八井地?zé)犭娬疽堰\(yùn)行40多年，每年運(yùn)行6000小時(shí)以上，年均發(fā)電量超過1.2 億度。此外羊八井還建有地?zé)釡厥曳N植多種蔬菜，一年四季向拉薩供應(yīng)新鮮蔬菜。目前西藏羊八井地?zé)犭娬究傃b機(jī)容量為25.18 MW。
西藏的地?zé)犭娬具€有羊易地?zé)犭娬?，井口工作溫?09℃，裝機(jī)容量30MW；阿里朗久地?zé)犭娬荆?臺(tái)1MW機(jī)組，總裝機(jī)容量2MW；那曲地?zé)犭娬?992年由聯(lián)合國(guó)捐贈(zèng)建設(shè)，采用美國(guó)ORMAT技術(shù)，井口工作溫度110℃，裝機(jī)容量1MW，但該地?zé)犭娬?000年停產(chǎn)。
其他高溫地?zé)岚l(fā)電站有云南騰沖地?zé)崽铮诠ぷ鳒囟?50℃，裝機(jī)容量12MW；臺(tái)灣清水地?zé)犭娬居?977年建立，2臺(tái)1.5MW機(jī)組，裝機(jī)容量3MW；臺(tái)灣土場(chǎng)地?zé)犭娬?983年建成，井口工作溫度173℃，雙工質(zhì)，1臺(tái)機(jī)組裝機(jī)容量0.3MW。
三、地?zé)岚l(fā)電大有可為
目前國(guó)際上評(píng)價(jià)一個(gè)國(guó)家地?zé)岚l(fā)展的程度，往往是以這個(gè)國(guó)家地?zé)岚l(fā)電的產(chǎn)出作為判斷根據(jù)。因?yàn)榈責(zé)岚l(fā)電要求比較高的技術(shù)，地?zé)岚l(fā)電能產(chǎn)生二次能源，為國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供動(dòng)力。根據(jù)國(guó)際地?zé)釁f(xié)會(huì)（IGA）的統(tǒng)計(jì)，至2015年全球有34個(gè)國(guó)家建有地?zé)犭娬?，總裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到18500MW，地?zé)岚l(fā)電10年內(nèi)增長(zhǎng)率為13.4%。同時(shí)預(yù)測(cè)利用現(xiàn)有技術(shù)，世界地?zé)岚l(fā)電潛力至2050年裝機(jī)容量可望達(dá)到70GW；若采用新的技術(shù)（增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)EGS），則裝機(jī)容量可以翻一翻（140吉瓦）。若用地?zé)岚l(fā)電替代燃煤發(fā)電，至2050年將可減少二氧化碳排放每年10億噸，若替代天然氣發(fā)電則可每年減少5億噸。
我國(guó)地?zé)岚l(fā)電探索起步不算晚，但近30年來發(fā)展緩慢，在世界各國(guó)中處于較為落后的局面，地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)容量世界排名第15位，年發(fā)電量排在世界第14位。從地?zé)岚l(fā)電基礎(chǔ)理論和設(shè)備裝配角度看，我國(guó)利用技術(shù)水平已相當(dāng)成熟。從資源儲(chǔ)量角度分析：全國(guó)已發(fā)現(xiàn)地?zé)狳c(diǎn)3200多處，其中具備高溫地?zé)岚l(fā)電潛力有255處，預(yù)計(jì)可獲發(fā)電裝機(jī)5800MW；干熱巖蘊(yùn)藏?zé)崮芰烤薮?，我?guó)大陸3000米至10000米深處干熱巖資源總計(jì)為2.5×1025J，相當(dāng)于860萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，是我國(guó)目前年度能源消耗總量的26萬倍；中低溫地?zé)豳Y源豐富，在東南沿海、華北等地具有很好的中低溫地?zé)岚l(fā)電前景，目前開發(fā)利用量不到資源保有量的千分之一，總體資源保證程度相當(dāng)好。
當(dāng)今世界，能源是一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)命脈。對(duì)比我國(guó)未來40年地?zé)豳Y源路線圖（表1），要實(shí)現(xiàn)2020年高溫地?zé)岚l(fā)電和干熱巖發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到75MW的目標(biāo)還須努力，但通過科學(xué)工作者的共同奮戰(zhàn)，前景還是可以期待的。
表1 我國(guó)地?zé)豳Y源中長(zhǎng)期戰(zhàn)略目標(biāo)建議
首先，我國(guó)境內(nèi)的環(huán)太平洋地?zé)釒Ш偷刂泻！柴R拉雅(滇藏)地?zé)釒N(yùn)藏有豐富的高溫地?zé)豳Y源。我國(guó)擁有150℃以上高溫溫泉區(qū)近百處，主要集中分布在西藏南部、滇西地?zé)釒Ш团_(tái)灣地?zé)釒?。西藏有沸?4個(gè)，根據(jù)地球化學(xué)溫標(biāo)推算高溫水熱對(duì)流系統(tǒng)有61個(gè)，估計(jì)發(fā)電潛力可達(dá)1930.11MWe30a。羊八井地?zé)嵴羝飪?nèi)的ZK4001地?zé)峋诠ぷ鲏毫?5×105Pa，工作溫度200℃，汽水總量302t/h，其中蒸汽流量37t/h，單井發(fā)電潛力即可達(dá)到12.58MW。羊易地?zé)崽锞哂?0MW裝機(jī)的建站條件，遠(yuǎn)景發(fā)電潛力可達(dá)50MW。高溫地?zé)嵴羝紫扔糜诎l(fā)電，地?zé)犭姀S發(fā)電尾水向城市建筑物供暖，可實(shí)現(xiàn)高溫地?zé)岚l(fā)電—尾水供暖的梯級(jí)利用，達(dá)到經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益的雙贏，無論從資源角度、還是從市場(chǎng)方面，有著廣闊的前景。西藏有高溫地?zé)嵴羝l(fā)電成功經(jīng)驗(yàn)，地?zé)豳Y源豐富但開發(fā)利用程度較低，進(jìn)一步開發(fā)羊八井深部熱能，可提高羊八井地?zé)犭娬景l(fā)電能力。加大加快青藏路沿線地?zé)豳Y源開發(fā)力度，以現(xiàn)有地?zé)犭娬緸榛A(chǔ)，建立高溫地?zé)衢_發(fā)利用示范基地，以此帶動(dòng)云南、福建、臺(tái)灣等地區(qū)的高溫地?zé)衢_發(fā)利用。
其次，改進(jìn)中低溫（100℃以下） 地?zé)岚l(fā)電技術(shù)，使經(jīng)濟(jì)上更具競(jìng)爭(zhēng)力。轉(zhuǎn)變“中低溫地?zé)岚l(fā)電在技術(shù)上可行、但經(jīng)濟(jì)上不可行”的歷史偏見和認(rèn)知誤區(qū)。太陽(yáng)能光伏發(fā)電10萬元裝機(jī)1kW，年運(yùn)行2000小時(shí)；而中低溫地?zé)岚l(fā)電1萬元裝機(jī)1kW，可實(shí)現(xiàn)年運(yùn)行6000小時(shí)以上，優(yōu)勢(shì)顯而易見。經(jīng)濟(jì)性要從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度看，不能只從單一的經(jīng)濟(jì)利益來評(píng)價(jià)地?zé)岚l(fā)電，還應(yīng)認(rèn)識(shí)到生產(chǎn)的是無碳的二次能源，包括能源結(jié)構(gòu)的改善、環(huán)境效益等。
另外，大量的礦山企業(yè)、燃煤電站和諸多油田廢棄油井所排放的高于80℃以上的廢水，采用雙流體系統(tǒng)發(fā)電，可以物盡其才廢物利用。尤其是油氣田伴生的中低溫地?zé)豳Y源總量非常巨大，綜合開發(fā)利用將給我國(guó)地?zé)岚l(fā)電帶來新的機(jī)遇。油田區(qū)注水采油，使許多油田含水率已達(dá)90%，實(shí)際上是“水田”。地?zé)岚l(fā)電成本高在于鑿井費(fèi)用，利用油氣田已有井孔，可大量節(jié)省打井費(fèi)用，減少60%投資。油氣田綜合開發(fā)利用地?zé)豳Y源，發(fā)電成本是增強(qiáng)地?zé)嵯到y(tǒng)（EGS）的1/4或1/5。已有統(tǒng)計(jì)預(yù)算：僅是我國(guó)任丘油田可供發(fā)電的中低溫(90～150℃)地?zé)豳Y源就可建2000MW以上的地?zé)犭娬?。油氣田區(qū)開發(fā)地?zé)豳Y源，可以產(chǎn)生油—熱—電聯(lián)產(chǎn)井綜合效益，將是今后地?zé)岙a(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)方向。
第四，向深部干熱巖進(jìn)軍。干熱巖資源量占全部地?zé)豳Y源的98%，潛力無比巨大。地殼中干熱巖所蘊(yùn)含的能量相當(dāng)于全球所有石油、天然氣和煤炭所蘊(yùn)藏能量的30倍，是一種可再生能源，可以說取之不盡、用之不竭，是地?zé)岚l(fā)電領(lǐng)域新的突破點(diǎn)。目前，全球眾多經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)干熱巖的發(fā)電研究方興未艾。世界上第一個(gè)商用增強(qiáng)型地?zé)岚l(fā)電廠已經(jīng)在德國(guó)建成，2007 年投入運(yùn)行每年可發(fā)電2200 千瓦時(shí)。建造一個(gè)干熱巖發(fā)電廠一般需要5年時(shí)間，其使用壽命一般在15～20年左右。我國(guó)增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)（EGS）的具體目標(biāo)是：初步將2020年作為技術(shù)成熟期，2035年形成規(guī)模開發(fā)，2050年將地?zé)岚l(fā)電的目標(biāo)設(shè)定為全國(guó)總裝機(jī)容量的5%～10%，這是非常高的目標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，地?zé)峤缭谂??？瓶颊J(rèn)為西藏南部上地殼中的熔融層是尋找增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)的有利地區(qū)，羊八井深部和云南騰沖熱海熱田的發(fā)電潛力可達(dá)到100GWe。2007～2008年中、澳簽訂合作協(xié)議共同承擔(dān)“中國(guó)工程地?zé)嵯到y(tǒng)資源潛力的研究”項(xiàng)目，兩國(guó)科學(xué)家多次在云南、廣東、福建、江蘇等地考察，選擇福建漳州和江蘇北部為前景區(qū)。2010年國(guó)土資源部啟動(dòng)“我國(guó)干熱巖勘查關(guān)鍵技術(shù)研究”。2012年科技部863項(xiàng)目啟動(dòng)“干熱巖熱能開發(fā)與綜合利用關(guān)鍵技術(shù)研究”。高溫巖體地?zé)豳Y源豐富、地?zé)崽荻雀叩那嗪９埠团璧刈鳛槲覈?guó)干熱巖優(yōu)先開發(fā)地區(qū)，投入了深部地球物理勘探，實(shí)施了干熱巖科學(xué)鉆探，2017年8月位于青海省共和縣的GR1井實(shí)施固井一次成功，井深3705米探獲236℃優(yōu)質(zhì)干熱巖，成為國(guó)內(nèi)溫度的干熱巖井。2019年自然資源部中國(guó)地質(zhì)局正式印發(fā)《青海共和盆地干熱巖勘查與試驗(yàn)性開發(fā)科技攻堅(jiān)戰(zhàn)實(shí)施方案（2018~2025）》，明確總體目標(biāo)：通過協(xié)同攻關(guān)，突破干熱巖勘查開發(fā)重大技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)干熱巖勘探開發(fā)重大儀器國(guó)產(chǎn)化，建立中國(guó)首個(gè)可復(fù)制推廣的經(jīng)濟(jì)型、規(guī)?；蔁釒r開發(fā)示范工程。一旦試驗(yàn)成功并廣泛推廣應(yīng)用，則又是地?zé)岚l(fā)電的一個(gè)歷史里程碑。
國(guó)家給予政策和財(cái)政支持。相比風(fēng)能、太陽(yáng)能等其他可再生能源，地?zé)岚l(fā)電具有很高的利用效率。據(jù)《聯(lián)合國(guó)世界能源評(píng)價(jià)報(bào)告》（2007），地?zé)岚l(fā)電的利用效率高達(dá)72%～76%，是風(fēng)能的3～4倍、太陽(yáng)能的4～5倍。增加我國(guó)地?zé)岚l(fā)電的裝機(jī)容量，既可以促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，又可以在減排的國(guó)際談判中爭(zhēng)取話語(yǔ)權(quán)。建議參照其他可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策，給予地?zé)岚l(fā)電上網(wǎng)電價(jià)補(bǔ)貼，鼓勵(lì)和吸引更多企業(yè)和資金投入到地?zé)岚l(fā)電項(xiàng)目中來。
標(biāo)簽:
冀公網(wǎng)安備 13050302000357號(hào)