鄭克棪：中國地熱發(fā)展目標剖析
來源：中電新聞網2015-01-21
全國都在為“十三五”規(guī)劃作準備。作為可再生能源之一的地熱能，在當前進行的中國工程院重點咨詢研究項目《我國地熱資源開發(fā)利用戰(zhàn)略研究》中，國內地熱專家已討論多次，并基本構建了中國地熱能科學開發(fā)利用至2050年的路線圖。“十三五”地熱規(guī)劃是該路線圖中的近期目標，本文剖析“十三五”的地熱能發(fā)展目標，以地熱發(fā)電為主，也涉及地熱能的熱利用。
中國能源研究會地熱專業(yè)委員會原主任 鄭克棪
世界地熱電力
已被風電和太陽能電超越
比較世界可再生能源的發(fā)展歷程，我們可以看到：當初世界地熱發(fā)電的裝機容量和年發(fā)電量遠在風力發(fā)電和太陽能發(fā)電之上。1904年意大利首創(chuàng)地熱發(fā)電試驗成功，點亮了幾只燈泡；至1913年建成世界第一個商業(yè)性地熱電站，裝機容量250千瓦，這也是非水可再生能源的世界第一個商業(yè)性電站。1958年以后，新西蘭、美國等國家陸續(xù)加入地熱發(fā)電行列；20世紀60年代及往后，世界地熱發(fā)電有較大增長。世界地熱發(fā)電裝機容量在1970年、1980年和1990年已分別達到72萬千瓦、211萬千瓦和583.4萬千瓦，都遠大于當時的風力發(fā)電和太陽能發(fā)電。
地熱發(fā)電的優(yōu)越性表現為可再生能源中最大的利用系數（Capacity Factor），世界能源理事會（WEC）統(tǒng)計了世界各種可再生能源的總裝機容量和年生產電量，從而計算了各自的利用系數，地熱發(fā)電的利用系數最高是0.73，它平均一年工作6400小時以上；其他的生物質發(fā)電為0.52，水力發(fā)電為0.42，潮汐發(fā)電是0.23，而風電和太陽能發(fā)電分別為0.21和0.14（Fridleifsson, 2008）。這也就是說，風電只有21%的時間（年約1800多小時）、太陽能電只有14%的時間（年約1200多小時）可以工作。所以，在同樣的裝機容量下，地熱年發(fā)電量是風電的3.5倍，是太陽能電的5倍。
20世紀90年代，風力發(fā)電和太陽能發(fā)電得到各國政府優(yōu)惠政策的大力扶持，呈現指數式增長。它們先以裝機容量超過了地熱發(fā)電，但這時由于它們偏低的利用系數，使其年發(fā)電量還未超過地熱發(fā)電。再后來，風力發(fā)電和太陽能發(fā)電的更大發(fā)展，終于使風電和太陽能發(fā)電的年發(fā)電量也超過了地熱發(fā)電。其中，世界風力發(fā)電量在2006年超越了地熱發(fā)電量；世界太陽能發(fā)電量在2012年也超越了地熱發(fā)電量。
地熱發(fā)電既有那么大的優(yōu)越性，怎么會讓風電和太陽能發(fā)電超越了呢？除了優(yōu)惠政策扶持力度的差異，那就是風力和太陽能資源都在地面，較易操作，而地熱資源深藏在地下，需要專業(yè)勘探查明地熱資源通常就要幾年時間，操作程序較為復雜，含一定的風險。
中國丟失三十年地熱發(fā)電研究
1970年12月廣東省豐順縣鄧屋村利用92攝氏度地下熱水試驗發(fā)電成功，這使中國成為世界上第8個利用地熱發(fā)電的國家，那里于1978年更新成了300千瓦的機組。上世紀70年代我國還建設了河北懷來縣后郝窯、江西宜春縣溫湯、湖南寧鄉(xiāng)縣灰湯、山東招遠縣湯東泉、遼寧蓋縣熊岳、廣西象州市熱水村，共7處中低溫地熱試驗電站，單機容量50～300千瓦，總裝機容量1550千瓦。其中1971年江西省宜春利用67攝氏度地熱水試驗發(fā)電成功，雖然裝機容量只有50千瓦，但它是世界迄今最低溫度的地熱發(fā)電。當時的中國水平不見得比世界低多少，但我們沒有鞏固和發(fā)展這些成績，反而在運行幾年后陸續(xù)關停了，僅豐順的更新機組被當地老鄉(xiāng)留下，并使用至今。
那些關停中低溫地熱發(fā)電機組的原因，當時結論是：“技術可行，但經濟不合算”。另外，中國地熱界此后還有一種觀點，認為中國就應該發(fā)展地熱直接利用的長處，不必去發(fā)展地熱發(fā)電的短處。就這樣，中國放棄了地熱發(fā)電的研究。實際上，上世紀70年代的國外中低溫地熱發(fā)電也在類似水平上發(fā)展，然而，國外的理念是：正因為當下成本高、效率低，所以才需要繼續(xù)研究，以求降低成本，提高效率。他們幾十年不斷研究改進，效益逐步提高，成本逐步降低，產品有了新銷路，于是再生產，再研究改進，直至幾十年后的現在他們成了世界領先，并還在進一步研究改進。相比之下，我們放棄了，停頓了，于是落后了。
中國丟失了三十年地熱發(fā)電的研究，那是輸在了理念上，我們應該吸取經驗教訓。
地熱發(fā)電有望崛起
中國《可再生能源法》認定地熱能是可再生能源之一，但迄今地熱能的實際發(fā)展和社會認知度在可再生能源中只是小弟弟角色。
胡錦濤同志在2012年11月8日中國共產黨第十八次全國代表大會的報告中提出了“推動能源生產和消費革命，控制能源消費總量，加強節(jié)能降耗，支持節(jié)能低碳產業(yè)和新能源、可再生能源發(fā)展，確保國家能源安全”。
今年6月13日中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席、中央財經領導小組組長習近平同志主持召開中央財經領導小組第六次會議，研究我國能源安全戰(zhàn)略。習近平發(fā)表重要講話強調，能源安全是關系國家經濟社會發(fā)展的全局性、戰(zhàn)略性問題，對國家繁榮發(fā)展、人民生活改善、社會長治久安至關重要。面對能源供需格局新變化、國際能源發(fā)展新趨勢，保障國家能源安全，必須推動能源生產和消費革命。習總書記在會上提出了推動能源消費革命、推動能源供給革命、推動能源技術革命、推動能源體制革命和全方位加強國際合作5點要求。
面臨這樣的形勢，中國工程院設立了《推動能源生產和消費革命戰(zhàn)略研究》重大項目，最近的研究報告闡述了：綜合世界能源發(fā)展方向和我國能源生產革命的基礎，我國能源生產革命的方向是“能源資源保障多元化和安全化、能源生產綠色化和高效化、能源系統(tǒng)信息化和智能化以及全國能源資源的優(yōu)化配置”，并提出推動中國能源生產革命的“三大戰(zhàn)役”是倍增油氣、綠色煤炭和“半壁江山”的非化石能源。
至此，我們可以清楚地明了：應該在中國能源革命中來看待地熱能，在致力于改變以煤為主的傳統(tǒng)能源格局、轉向多元化供給模式中來討論地熱開發(fā)。
西藏羊八井地熱電廠基本上是中國地熱發(fā)電的一枝獨秀，其第一臺1000千瓦試驗機組于1977年投產發(fā)電，接著增加了8臺3000千瓦機組（含1臺聯(lián)合國援助3180千瓦日本機組），至1991年完成總裝機容量2.418萬千瓦（1000千瓦試驗機組退役）。電廠至今仍正常運行，現年發(fā)電量1.4億千瓦時，累計發(fā)電已超過30億千瓦時。
此后，1985年曾在西藏朗久建成2000千瓦地熱發(fā)電機組，但因資源不足，僅間斷發(fā)電；1994年還在西藏那曲建成1000千瓦地熱發(fā)電機組，但結垢問題嚴重。這兩處都在上世紀90年代末停運了。
2006年我國《可再生能源法》實施，曾經喚起一些開發(fā)商對地熱發(fā)電投資的熱情，但幾經波折未能獲得政府對地熱發(fā)電如同風電和太陽能發(fā)電上網電價補貼的答復后，他們放棄了投資計劃?；蛟S是2009年的《可再生能源法》修訂帶來了些許松動，國電龍源在西藏羊八井投資的1000千瓦螺桿膨脹機地熱發(fā)電成功運轉，2010年又接著投資了第二個1000千瓦同型機組，為我國地熱發(fā)電在長期停滯后邁出了第一步。
2011年開始的我國“十二五”計劃，地熱工作者終于迎來了轉機，國土資源部設立了《全國地熱資源調查評價》項目，科技部也設立了《干熱巖熱能開發(fā)與綜合利用關鍵技術研究》和《中低溫地熱發(fā)電關鍵技術研究與示范》2個863高新科技研究項目。國家的重視和支持再次喚起了我國地熱工作者的熱情，教授、研究員幫助華北油田建起了油井采油副產品廢熱水用雙工質螺桿膨脹機400千瓦試驗發(fā)電，民營企業(yè)江西華電電力有限責任公司繼續(xù)利用其螺桿膨脹發(fā)電機在西藏羊易地熱田以前的地熱勘探井上試驗了400千瓦（2011）和500千瓦（2012）發(fā)電，并開始投資承建羊易地熱電廠計劃的3.2萬千瓦發(fā)電工程，其第一期1.6萬千瓦工程正在鉆地熱生產井。
2013年國家能源局、財政部、國土資源部、住房和城鄉(xiāng)建設部發(fā)布的《關于促進地熱能開發(fā)利用的指導意見》，既明確給予了地熱發(fā)電上網電價等優(yōu)惠政策，又給定了我國地熱“十二五”的發(fā)展目標，其中地熱發(fā)電的指標是10萬千瓦。地熱發(fā)電需要做好前期的資源準備工作，國土資源部當即指令中國地質調查局安排高溫地熱資源靶區(qū)的勘探任務，勘探隊伍已經在西藏谷露等地開始勘查工作。
“十三五”中國地熱發(fā)展展望
國土資源部明確了地熱能的概念：按照埋藏深度，200米以淺的稱為淺層地溫能，200米至3000米的稱為常規(guī)地熱能，3000米至10000米的稱為干熱巖。常規(guī)地熱能的高溫部分和干熱巖資源供地熱發(fā)電利用，常規(guī)地熱能的低溫部分和淺層地溫能用作供暖和其他熱利用。
中國的地熱工作者在中國工程院重點咨詢研究項目《我國地熱資源開發(fā)利用戰(zhàn)略研究》中研究制訂了中國地熱能科學開發(fā)利用路線圖，設計了至2020年、2030年、2050年3個時間節(jié)點的發(fā)展目標。
因地熱資源蘊藏隨地質構造條件的差異明顯及勘探過程的耗時較長，常規(guī)地熱能的開發(fā)利用不可能像風能和太陽能那樣出現指數式增長；淺層地溫能雖賦存條件簡單，也只能是速度稍快的算術增長；僅有一點例外是干熱巖，它受地域分布影響小，一旦深部壓裂等關鍵技術過關，就能出現幾何級增長了，但估計那需要從現在起的持續(xù)努力、直至2030年前后完全成熟才可轉機，2020年正在關鍵過程中，不可缺少，但還達不到轉機。鑒于此，“十三五”的中國地熱發(fā)展展望可概略描述于下（參見圖）。
（一）地熱發(fā)電只有略快增長
國土資源部現已開始加強高溫地熱資源勘探任務，積極為“十三五”和今后的地熱發(fā)電做準備，但這需進行地質調查、地球化學和地球物理勘查，然后在選定的位置鉆勘探孔，鉆井完鉆后要做產能測試，這些實施過程需要一定時間；科技部“十二五”《中低溫地熱發(fā)電關鍵技術研究與示范》項目的成果可供利用，但還達不到產業(yè)規(guī)模。因此預計至2020年可達“十二五”完成5萬千瓦的3倍，實現15萬千瓦。
（二）常規(guī)地熱能穩(wěn)步增長
我國中低溫地熱資源直接利用的熱能近20年來保持世界第一位，這包括地熱供暖、溫室種植與水產養(yǎng)殖、溫泉洗浴醫(yī)療等利用。市場經濟下，開發(fā)商利用溫泉休閑旅游度假的開發(fā)而得到穩(wěn)步發(fā)展，年增長速度在10%。另外，近年來國家提倡合同能源管理和獎勵節(jié)煤的政策，促進地熱供暖得到規(guī)模化發(fā)展，年增長率15%。這樣，我國常規(guī)地熱能的熱利用總體保持10%年增長率，這樣的速度還能保持，所以按10%的年增長，預計從“十二五”末的600萬千瓦熱量可增至2020年的1000萬千瓦熱量。
（三）淺層地溫能穩(wěn)健增長
利用地源熱泵技術開發(fā)淺層地溫能用于建筑供暖，國際上是近30年風行起來的新技術，被稱為節(jié)能和減排效率最高的單項技術。其從上世紀90年代引進國內，1995年在北京做成了第一個工程，隨之國內研發(fā)生產熱泵主機設備，于是得到更快發(fā)展。尤其2006年以來獲得一系列國家和地方政策的支持，從而突飛猛進，2010年已奪取了世界第二的成績，現在正向美國的世界第一位置沖擊，已接近、也許已經實現目標。2007～2010年間是我國地源熱泵工程應用發(fā)展最快的時期，年累進增長率超過40%；然后在稍做調整后，繼續(xù)快速發(fā)展，2010年以來的平均年累進增長率仍高達27%，遠高于世界同期平均的18%增速。2013年我國地源熱泵工程應用面積已達3億平方米（這里扣除了國際上不予統(tǒng)計的工廠余熱和城市污水的熱泵利用，住建部公布的熱泵總應用為4億平方米）。“十三五”的中國地源熱泵應用計劃達到8億平方米，5年間增加4億平方米，相當于平均年累進增長率16%，等于世界同期平均水平，這是不難完成的目標。
（四）干熱巖突破技術關鍵
利用EGS（增強地熱系統(tǒng)）技術開發(fā)干熱巖地熱資源是前瞻性的世界前沿技術，常規(guī)的高溫地熱資源受地質條件制約分布有限，而干熱巖可基本不受地域影響，它設計相距數百米鉆兩個4000米（或更深）的深井，用 “壓裂”技術在兩井之間造出連通的人工裂隙，然后從一井注入涼水，另一井中就能產出高溫蒸汽和熱水，供地熱發(fā)電和余熱利用。世界上目前僅有8個發(fā)達國家實踐過EGS，自2011年以來法國、德國、澳大利亞和美國已相繼實現千千瓦級EGS電站商業(yè)運行試點，EGS破解常規(guī)高溫地熱資源的局限，美國稱之為21世紀地熱能的未來，將在2050年在美國完成1億千瓦裝機容量。中國設計了15%的美國指標，至2050年實現1500萬千瓦干熱巖EGS發(fā)電。“十三五”我們處在EGS關鍵研究的進程中，2020年需要突破千千瓦級發(fā)電，從而可保障后續(xù)的加速發(fā)展得以跟進和實現。
（五）2050年實現1億噸標準煤目標
中國地熱能雖是可再生能源中的小弟弟，中國地熱界愿為中國的能源革命積極貢獻，最近研究制訂了中國地熱能科學開發(fā)利用路線圖的目標是2050年實現1億噸標準煤當量的替代目標，在此之前，我們將努力爭取做得更快、更好。
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