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中國地?zé)豳Y源分布與開發(fā)利用前景

2018/7/19 0 21914

引言
地?zé)豳Y源作為一種極具競爭力的清潔和可再生能源,可替代化石燃料,用于室內(nèi)供暖與發(fā)電等,促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展。規(guī)模開發(fā)利用是應(yīng)對全球氣候變化和節(jié)能減排的需求,且其巨大的資源儲量決定了地?zé)崮鼙厝怀蔀槿祟愇磥淼闹匾娲履茉粗弧5責(zé)豳Y源按深度劃分可分為淺層,中深層和超深層地?zé)豳Y源。淺層地?zé)崮芡ㄟ^鉆孔熱交換器及熱泵得以開發(fā)利用,其深度范圍一般為200米以淺,包括土壤層及淺層含水層。中深層地?zé)豳Y源一般介于200米至3000米之間,按照開采系統(tǒng)還可細分為水熱系統(tǒng)中的對流換熱系統(tǒng)(在含水層中布置開采井和回灌井)和傳導(dǎo)換熱系統(tǒng)(深井換熱系統(tǒng))。超深層地?zé)豳Y源埋深通常超過3000米,可為干熱巖或水熱系統(tǒng)。

在我國,地?zé)豳Y源的開發(fā)始于上世紀(jì)70年代,尤以水熱型開采為主,用于供暖和洗浴。受石油危機驅(qū)動,大量的地?zé)崽锏靡蚤_發(fā),并由此而帶來了全國地?zé)豳Y源的評價。通過幾十年的工作,我國大陸的熱背景及地?zé)豳Y源分布逐漸明朗。

伴隨著我國地?zé)豳Y源的大規(guī)模開發(fā),地?zé)釋W(xué)包括地?zé)豳Y源的理論與應(yīng)用研究均在我國取得了巨大的進步,如地球動力學(xué)研究的地?zé)釋W(xué)證據(jù)、大型巖溶熱儲成因與評價研究、熱儲工程中的采灌井距經(jīng)濟性評價與深井換熱效率評估等。龐忠和等總結(jié)了近些年來的地?zé)釋W(xué)的理論進展,指出過去20年來,我國地?zé)嵫芯拷?jīng)歷了由淺入深、從今到古的發(fā)展歷程,為國家能源與安全建設(shè)作出了巨大貢獻。汪集暘等出版了《地?zé)釋W(xué)及其應(yīng)用》一書,全面總結(jié)了近些年來地?zé)釋W(xué)的理論與應(yīng)用工作。

近年來,國家頒布多項政策支持地?zé)岚l(fā)展。如2013年1月10日頒布國能新能[2013]48號文《國家能源局、財政部、國土資源部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部關(guān)于促進地?zé)崮荛_發(fā)利用的指導(dǎo)意見》;2014年6月25日頒布能綜新能[2014]497號《國家新能源綜合司,國土資源部辦公廳關(guān)于組織編制地?zé)崮荛_發(fā)利用規(guī)劃的通知》;2017年1月23日印發(fā)了《地?zé)崮荛_發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》,規(guī)劃指出,在“十三五”時期,新增地?zé)崮芄┡ㄖ评洌┟娣e11億平方米,其中:新增淺層地?zé)崮芄┡ㄖ评洌┟娣e7億平方米;新增水熱型地?zé)峁┡娣e4億平方米。新增地?zé)岚l(fā)電裝機容量500MW。到2020年,地?zé)峁┡ㄖ评洌┟娣e累計達到16億平方米,地?zé)岚l(fā)電裝機容量約530MW。2020年地?zé)崮苣昀昧?000萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤,地?zé)崮芄┡昀昧?000萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。京津冀地區(qū)地?zé)崮苣昀昧窟_到約2000萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

然而,隨著國內(nèi)地?zé)崮荛_發(fā)熱潮的高漲,一系列的問題隨之出現(xiàn),尤其是開發(fā)思路不清,譬如應(yīng)當(dāng)注重地?zé)峁┡€是地?zé)岚l(fā)電?應(yīng)當(dāng)是開發(fā)水熱系統(tǒng)還是開發(fā)干熱巖?本文將在評述中國地?zé)豳Y源分布特征的基礎(chǔ)之上,重點討論中國地?zé)豳Y源的開發(fā)思路,供管理部門與地?zé)岙a(chǎn)業(yè)界等參考。

地?zé)崮艿膬?yōu)勢

地?zé)崮軆?yōu)勢顯著(表1),主要有:

1
資源量巨大。據(jù)國土資源部的評價結(jié)果,水熱型地?zé)豳Y源每年可開采量折合標(biāo)準(zhǔn)煤18.65億噸,相當(dāng)于我國2015年煤炭消耗的50%;336個地級以上城市淺層地?zé)崮苜Y源每年可開采量折合標(biāo)準(zhǔn)煤7億噸,相當(dāng)于我國2015年煤炭消耗的19%。汪集暘等對我國大陸干熱巖計算的結(jié)果顯示資源總量為2.09×1025J,折合標(biāo)煤7.15×106億噸。若按2%的可開采資源量計算,相當(dāng)于中國2010年能源消耗總量的4400倍。
2
能源利用效率高。在新能源和可再生能源大家族中,地?zé)崮馨l(fā)電的能源利用效率最高(平均73%),在一些國家或地區(qū)可達90%以上,地?zé)岚l(fā)電平均利用效率達73%,為太陽光伏發(fā)電的5.2倍,風(fēng)力發(fā)電的3.5倍且可靠性強,既可作為基本載荷,亦可作為調(diào)峰載荷。
3
成本具有競爭性。與太陽能、風(fēng)能與生物質(zhì)能等其他可再生能源相比,地?zé)岚l(fā)電成本較低。
4
CO2減排優(yōu)勢明顯。與傳統(tǒng)的鍋爐供暖相比,利用熱泵供暖其CO2排量至少可減少50%;若熱泵所需電力來自可再生能源(如水力發(fā)電或其它),則CO2減排量可達100%。

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我國地?zé)豳Y源分布特征

我國處于兩個全球性地?zé)釒?,西南地區(qū)的喜馬拉雅地?zé)釒堑刂泻?喜馬拉雅地?zé)釒У囊欢?,而東部的臺灣地?zé)釒t屬于環(huán)太平洋地?zé)釒У囊徊糠?。在這樣的大地構(gòu)造背景和區(qū)域地?zé)岜尘跋?,西南形成了喜馬拉雅地?zé)釒系母邷貙α餍偷責(zé)嵯到y(tǒng),東部形成了臺灣高溫地?zé)釒细邷貙α餍偷責(zé)嵯到y(tǒng)。這兩個地?zé)釒儆诎鍓K邊緣地?zé)釒?。除此之外,全國其它地區(qū),形成了大量的廣泛分布的中低溫地?zé)嵯到y(tǒng),其中包括:大型沉積盆地中的中低溫傳導(dǎo)型地?zé)嵯到y(tǒng),隆起山區(qū)的中低溫對流型地?zé)嵯到y(tǒng)。這些屬于板塊內(nèi)部地?zé)釒В▓D1)。

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我國大型沉積盆地中蘊含豐富的中低溫地?zé)豳Y源。從成因類型上看,它們以中低溫傳導(dǎo)型地?zé)嵯到y(tǒng)為主,在局部地帶,由于受到斷裂活動的影響,形成傳導(dǎo)-對流的亞類。我國主要沉積盆地的地?zé)釥顟B(tài)由東至西,依次為熱盆、溫盆和冷盆分布。東部的松遼盆地、渤海灣盆地、蘇北盆地等屬于熱盆,地?zé)豳Y源豐富。

在沉積盆地地?zé)嵯到y(tǒng)中,主要熱儲類型有砂巖孔隙型熱儲和基巖裂隙-巖溶型熱儲。其中,裂隙-巖溶型地?zé)醿Φ拈_發(fā)利用條件更加優(yōu)越。圖2將我國的碳酸鹽巖分布疊加在大地?zé)崃鲌D(用以反映熱背景)上,表明,我國碳酸鹽巖的分布總面積占陸地面積的三分之一,裸露面積約為90萬平方公里,隱伏面積達250萬平方公里以上?;趲r溶發(fā)育程度的差異,我們采用類比法,以雄縣地?zé)嵯到y(tǒng)和蘇北地?zé)嵯到y(tǒng)為參照,估算了全國巖溶熱儲地?zé)豳Y源潛力,結(jié)果為5000億噸左右標(biāo)準(zhǔn)煤??梢姖摿薮?。

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從圖2中可以看出,雄安新區(qū)和北京市均在巖溶型熱儲覆蓋的渤海灣盆地內(nèi)。圖2中的熱流背景也顯示出了雄安新區(qū)較好的熱背景。未來,在雄安新區(qū)和北京市副中心,地?zé)崮芫鶎⒋笥凶鳛椤?/span>

開發(fā)利用思路

針對我國地?zé)豳Y源分布特征,立足于國家需求,我們提出以下地?zé)豳Y源開發(fā)思路:

1
“熱”、“電”并舉,以“熱”為主。即基于我國地?zé)豳Y源分布特征以及我國用熱需求,地?zé)峁┡捌渌脽嵝问剑┡c地?zé)岚l(fā)電要同時開展,但應(yīng)以供熱為主。
2
“深”、“淺”結(jié)合,由“淺”及“深”。即中深層地?zé)崮芘c淺層地?zé)崮芑ハ嘟Y(jié)合,因地制宜,充分利用地?zé)豳Y源。利用中深層地?zé)崮艿膬?yōu)勢是占地面積小,但其缺點是資源分布不均;而淺層地?zé)崮艿膬?yōu)勢是受地域限制小,但占地面積大,且有可能產(chǎn)生冷/熱堆積等問題。將二者有機集合,有利于充分利用地?zé)豳Y源。
3
“東”、“西”兼顧,“西”電“東”熱。即我國東部、西部均可利用地?zé)崮埽鞑?,尤其是西藏地區(qū)要將地?zé)岚l(fā)電放在首位,而東部地區(qū)則側(cè)重于熱的利用。如前所述,我們國家大陸西部高溫地?zé)嶝S富,地?zé)岚l(fā)電成本較之東部地區(qū)更為合適,且能夠為地方用電需求做出重大貢獻;而東部地區(qū),從我國北方一直到南嶺以南都有清潔供暖需求,該區(qū)域中低溫地?zé)豳Y源豐富,恰可用于供暖。
4
“干”、“濕”有度,先“濕”后“干”。即干熱巖和水熱型地?zé)豳Y源應(yīng)有所側(cè)重,要先盡量利用水熱型地?zé)豳Y源,而后再進行干熱巖的開發(fā)。一方面,我國水熱型地?zé)豳Y源豐富,開發(fā)利用程度不高,仍有大幅利用空間;另一方面,干熱巖開發(fā)成本較高,現(xiàn)階段進行商業(yè)化開發(fā)還不現(xiàn)實,應(yīng)首先進行科學(xué)研究,在技術(shù)具備后,再進行商業(yè)化開發(fā)。
5
“天”、“地”合一,“動”、“靜”結(jié)合。即地?zé)崤c其他可再生能源互補綜合利用,實現(xiàn)較高的能源使用效率,稱為地?zé)帷?”?!疤臁保ㄌ柲埽暗亍保ǖ?zé)崮埽┖弦?,“動”(風(fēng)能)“靜”(地?zé)崮埽┙Y(jié)合,加速我國新能源和可再生能源發(fā)展。

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