地熱資源開發利用

我國中深層地熱資源賦存特征及利用

地大熱能近年來,在全球能源革命“雙碳”目標的推動下,節能減排和應對氣候變化使得地熱能太陽能風能清潔能源可再生能源開發利用成為世界各國能源發展的重要戰略。其中,地熱能是唯一不受天氣、季節變化影響的地球本土的可再生清潔能源,因其具有儲量大、能源利用效率高、運行成本低和節能減排等優點,目前已經成為新能源領域關注的焦點。

 

考慮到我國地熱系統熱儲特征、熱量賦存以及開發利用方式等情況,目前比較常用和公認的方法是《地熱能十三五規劃》及《地熱資源地質勘查規范》中的分類:淺層地熱資源水熱型地熱資源干熱巖三種類型.淺層地熱資源是從恒溫帶至地下200 m深度范圍內,儲存于水體、土體、巖石中可采用熱泵技術提取利用的地熱能淺層地熱資源具有分布廣泛、溫度穩定、開發利用相對簡單和成本較低等特點,在京津冀等地區冬季取暖和夏季制冷等方面發揮著重要作用.


我國中深層地熱資源賦存特征及利用-地大熱能

 

水熱型地熱資源,一般指以熱水形式埋藏在200~3000 m深度范圍內的地熱資源,主要賦存于高滲透孔隙或裂隙介質中,以液態水或蒸氣等形式存在.根據地質要素和地質作用特征的不同,可劃分為:分布在板塊活動邊緣或板內火山活動區且以熔融體/巖漿囊為主要熱源的巖漿型、與區域性深大斷裂密切相關的斷裂-深循環型、與伸展區較高熱流背景或穩定區低熱流背景相關的斷陷盆地型.

 

水熱型地熱資源世界上目前開采和利用的主要地熱能,在取暖、醫療康養、農業種植和工業發電等領域都有廣泛應用(地大熱能).“干熱巖”自提出以來,由于其儲量巨大且沒有靶區局限性等優勢引起了全球科學家的廣泛關注.但對“干熱巖”是否含有流體和經濟性評價指標等方面存在爭議.因而,有學者提出了廣義和狹義兩個方面的定義來加以區分,相應提出了“干熱型”的概念.

 

中深層地熱資源勘探開發工作可以追溯到20世紀.根據勘探技術的不同,中深層地熱資源勘探開發可以分為傳統水熱型地熱系統和增強型地熱系統兩大類.傳統水熱型地熱系統發電已經發展了100多年的歷史,技術比較成熟;而EGS所能開發深部高溫地熱資源量巨大,相應得到了各國的重視.據估計全球陸區3~10 km蘊藏的深部地熱能資源總量約為4.95×1015 t標準煤,相當于全球所有煤炭、石油和天然氣所蘊藏能量的30倍.因此,各國相繼開展了一系列的EGS示范工程,以期在深部高溫地熱資源開發中有更大的突破.


我國中深層地熱資源賦存特征及利用-地大熱能

 

我國西藏云南騰沖川西等地具有豐富的地熱能,尤其是西藏地區各類地熱顯示區(點)600余處,發電潛力約為3000 MW,居全國之首.2017年由國家發改委國家能源局和國土資源部三部委聯合發布的《地熱能開發利用十三五規劃》明確提出“在西藏地區有序啟動400 MW裝機容量規劃或建設工作”的目標.我國傳統水熱型地熱資源發電潛力為6700 MW,在全球排第3位,但目前總裝機容量僅為34.89 MW,排世界第19位,跟資源總量明顯不符,具有很大的開發空間.


基于此,2021年9月國家發改委國家能源局財政部自然資源部等八部委聯合發布《關于促進地熱能開發利用的若干意見》,指出:到2025年,在資源條件好的地區建設一批地熱能發電示范項目全國地熱能發電裝機容量比2020年翻一番;到2035年,地熱能發電裝機容量力爭比2025年翻一番.

 

我國中深層地熱資源的開發過程中,傳統水熱型地熱資源開發是基礎,EGS相關技術突破是關鍵,在水熱型地熱資源開發基礎上的EGS將更有成效性


在全球的四大地熱帶中,我國主要位于環太平洋地熱帶與地中海-喜馬拉雅地熱帶的交匯部位.在特殊的背景下,產生了與青藏高原陸-陸碰撞背景下隆升過程密切相關且以熔融體/巖漿囊為主要熱源高溫地熱系統,如青藏高原腹地藏南及其東緣川西等地區;與巖石圈減薄過程構造-巖漿活動密切相關且以區域地幔熱異常/花崗巖放射性生熱為主要熱源的東南沿海中低溫地熱系統,如福建漳州和廣州佛岡等地區;與古潛山/伸展斷陷構造密切相關且以地幔熱源/基巖放射性生熱為主要熱源的沉積盆地型層控中低溫地熱系統,如華北盆地、江漢盆地松遼盆地等位于我國中東部的中/新生代沉積盆地;與近代火山活動密切相關且以巖漿囊/次火山巖為主要熱源的高溫地熱系統,如滇西和臺灣中央山脈兩側火山活動區.


我國中深層地熱資源賦存特征及利用-地大熱能


目前,我國中低溫水熱型地熱資源相關地區主要應用于取暖、醫療康養和農業種植等方面.高溫水熱型地熱資源主要集中在青藏高原腹地藏南、云南滇西騰沖青藏高原東緣川西等區域,是我國地熱發電的主要地區.要達到“全國地熱能發電裝機容量比2020年翻一番”的目標,我國中深層地熱資源的開發過程中,青藏高原腹地藏南和東緣川西地區、云南滇西等重點區域傳統水熱型高溫地熱資源的開發是基礎.


雖然近年來,我國相繼在共和盆地、海南澄邁和蘇北盆地等地成功開展了一系列EGS高溫地熱資源勘查工作,取得了喜人的成績,但依然在人工壓裂建儲和流體循環等方面存在諸多關鍵技術和經濟性問題,導致了EGS高溫地熱資源商業化發電依然任重道遠.目前,我國傳統水熱型地熱資源潛力巨大且開發程度不高,其進一步開發和利用依然具有優勢,是我國中深層地熱資源開發的基礎.