近年来,全球严峻的能源形势以及使用常规能源所带来的环境问题,促使世界各国努力地寻找新的替代能源来构建多元化能源结构,以保证本国能源安全。地热能以其清洁和储量丰富的特点正吸引着越来越多的国家予以关注,本文将美国、冰岛、日本这3个地热能源开发利用突出国家的经验进行梳理介绍,以飨读者。
目前国际上有100多个国家开发利用地热能,并以每年12%的速度递增,能源专家普遍预计,到2100年地热能利用将在世界能源总值中占30%~80%。地热能是指蕴藏在地球内部距地表5公里以内巨大自然能源。据估算,地球蕴藏的地热能约14.5×10焦耳,折合4948万亿吨标准煤,而全球煤的埋藏量仅为1万亿吨。由此可以看出,地热资源的利用前景非常广阔。
地热发电是现代地热的突出利用形式
现代地热的突出作用是地热发电。2005年,根据世界地热大会资料统计,全球有24个国家建有地热电站,地热装机前5位的国家为美国、菲律宾、墨西哥、印度尼西亚和意大利。全球地热发电装机已达到8900兆瓦,年发电量56800百万千瓦小时。地热发电比风电更稳定,地热能比太阳能、风能的能量品位高,而且可长期不间断。据世界能源理事会统计,一年365天,共计8760小时,地热能的利用系数是72%~76%,一些技术先进的国家能达到95%,也就是说一年可运行8322小时,设备维修时间很短。而普通火电厂的利用系数是50%多一些,风力发电是21%,太阳能发电是14%。另外,地热产业所需的单位装机容量占地面积比光电、风电、煤电、核电等至少低1个量级。
地热能开发面临资金和技术两大难题
地热产业属于资本密集型行业,从投资到收益的过程较为漫长,一般从调查、选址、施工到最终发电需要花10年至15年时间,较难吸引到商业投资。
地热能的利用在技术层面上有待发展的地方主要是对于开采点的准确勘测,以及对地热蕴藏量的预测。由于一次钻探的成本较高,找到合适的开采点对于地热项目的投资建设至关重要。现在,地热产业已采取引进石油、天然气等常规能源勘测设备,为地热能寻找准确的开采点。
另外,地热用于发电,如果取用的水多于回注的水,最后可能会引起地面沉降。地热井排出的液体中还有二氧化碳、硫化氢、甲烷、氨气、汞、砷等成分,有可能加重温室效应和带来酸雨。但对于这些问题,如果采取各种有效的技术措施,严格监测和防治,是可以解决和控制的。
美国:领跑世界地热关键技术
美国是世界地热资源大国,但地理分布上极不均衡,8个州的地热能总量达到300万千瓦,其中又有80%出现在加州。美国是地热利用的后起之秀,查理·列博在1930年发明了第一台地热井下换热器。20世纪60年代,加州盖瑟尔斯的地热电厂开始发电,美国从此一跃成为世界地热发电领域的领头羊。
作为世界地热技术的领跑国,美国开发地热能的技术和经验受到各国重视。其在地热勘探关键技术和开发关键技术领域都有建树,在地热勘探方面形成了MT等地球物理探测技术、数据库信息和数值模拟技术、高分辨率遥感技术、综合地质、地球物理和地球化学分析技术、高温高压钻井和井下测试技术,获取关键数据地热开发关键技术。在地热开发、发方面形成了钻井和成井技术、人工造储技术、热储工程数值模拟技术、水岩反应控制技术、超临界地热流体应用技术。
美国政府在推进地热发展中也扮演着重要角色,出台了一系列的政策扶持地热产业,如:美国联邦政府延长了对地热产业的退税计划;各州制定的鼓励清洁能源使用的政策中都包含了对地热能发电的鼓励;美国能源部还推出了一项“地热技术和发展行动计划”,用于推动地热能的勘探和开发,并以“增强地热系统”作为主要发展目标。