地熱開發(fā)重新進入中國視野
僅次于太陽能的第二大清潔能源
繼世界銀行高調宣布不再為燃煤火電項目融資之后，近日歐洲投資銀行也跟進，宣布將停止為燃煤發(fā)電項目提供融資，以幫助各成員國減少碳排放量。在環(huán)境污染的壓力下，中國也決定限制煤炭生產(chǎn)的增長，大力開發(fā)清潔能源。今年2月，國家能源局、財政部、國土部和住建部聯(lián)合下發(fā)《關于促進地熱能開發(fā)利用的指導意見》，讓僅次于太陽能的第二大清潔能源——“地熱能”就像多年失寵的孩子，再次進入國人視野。那么，世界地熱能開發(fā)的現(xiàn)狀如何？我國能否走出一條可替代煤炭的地熱清潔能源之路？
早在上世紀70年代，在科學家李四光的號召下，中國利用地熱發(fā)電曾取得了成功，但是以后沒有持續(xù)下去，在過去二三十年里地熱開發(fā)幾乎陷入停滯。近年，國際上有關地熱能的消息接連不斷，日本，美國、英國、阿根廷、智利和秘魯?shù)饶厦绹乙约翱夏醽喌确侵迖遥技娂娂哟罅说責崮艿拈_發(fā)力度，并制定出各自的地熱開發(fā)政策。福島核泄漏事故發(fā)生后，日本的地熱能投資增加了10倍，而美國更是進入了鼎盛發(fā)展時期。地熱能究竟是一種怎樣的能源呢？
每年自然釋放的地熱能
相當于全球耗電量5倍
有時候，冷靜地審視我們所在的這個美麗星球，可能會感覺很驚悚：人類腳下的地底深處，7000攝氏度的地核被層層融化的巖漿包圍著，各種放射性元素如鈾、釷等的同位素釋放出的能量，數(shù)億年來一直烘烤著巖石層，無數(shù)的熱流從地表的裂縫中涌出，火山的煙塵讓人膽戰(zhàn)心驚……這種高溫和熱量上千年來使人類深深敬畏，更使今天尋找新能源的科學家們?yōu)橹裕@就是——地熱能。
地球物理學界認為，地熱能來自地球深處。往前追溯，這些熱量起源于行星形成之初的殘留（約占20%）和放射性元素的衰變（約占80%），熱能從溫度最高的地核傳到地殼，將地殼中的地下水加熱，熱水和蒸汽滲出地面后釋放能量，由此形成了從美國黃石公園到我國西藏羊八井等地壯觀的地熱噴涌奇觀。有文獻粗略估計，每年從地球內部傳到地面的熱能，相當于100拍瓦時（1拍瓦=1千萬億瓦特，即10的15次方瓦），折合100萬億度電，這個數(shù)字約是2010年全球耗電量18.466萬億度（美國能源信息署數(shù)據(jù)庫提供）的5倍多，數(shù)量之大可見一斑。
2008年，政府間氣候變化專門委員會（IPCC）的一份資料稱，地球內的總熱量約合3億億億度電，如此天文數(shù)字確實給人以用之不竭之感。請注意，從地質學的大時間段上看，地球正在極緩慢地損失熱量，從這個意義上講，地熱能并非可再生能源。但由于地熱資源總量巨大，人類開發(fā)利用地熱能的行為與地熱資源總量相比微不足道，并不能加速地球變冷的漫長過程，所以各國都把地熱能歸于可再生能源的范圍。
意大利人最早利用地熱發(fā)電
法國最早啟用地熱供暖系統(tǒng)
地熱能的利用主要分兩種，其一是直接利用。這是人類最早采用的利用方式，如今仍在民間取暖、洗浴、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)溫室、水產(chǎn)養(yǎng)殖等各方面廣為應用。
地熱能的另一種主要利用方式就是發(fā)電。根據(jù)各地熱田的差異，地熱發(fā)電機的設計主要有三種。
第一種設計最簡單，高壓蒸汽推動渦輪旋轉后進入冷凝器凝結成水，回到地下；
第二種設計，則是把高溫水引到低壓容器中解壓，由于熱水降壓后蒸發(fā)的速度很快，同時熱水蒸發(fā)產(chǎn)生蒸汽時它的體積迅速擴大，由此推動渦輪發(fā)電，這種發(fā)電系統(tǒng)常被稱為“閃蒸法”；
第三種設計特別適合于含鹽量大、腐蝕性強和不凝結氣體含量高的地熱資源——地熱水首先流經(jīng)熱交換器，將地熱能傳給另一種低沸點的工作流體（如異丁烷），使之沸騰而產(chǎn)生蒸汽，蒸汽進入汽輪機做功，地熱水最后從熱交換器回注入地層。
綜觀人類利用地熱的歷史，我們可以發(fā)現(xiàn)，前人在利用地熱能方面故事不少，最常見的就是泡溫泉：
公元43年，羅馬軍團占領了英格蘭的蘇利斯泉，借助當?shù)刎S富的溫泉資源，羅馬式浴室四處建起，遠征的士兵們盡情地用這里的溫泉濯洗征塵，祛除疲勞。蘇利斯泉如今是英國的巴斯市（Bath），英語“bath”一詞即是洗浴之意。
9世紀，斯堪的納維亞半島的人們遠渡重洋，來到冰島西南角的一處溫泉遍地的海岸，在這里定居下來，他們把這個水汽繚繞的落腳點稱作雷克雅未克，當?shù)卣Z即“冒煙的海灣”之意。
14世紀，最早的地熱區(qū)域供暖系統(tǒng)在法國的紹德艾格啟用。1827年，最早的地熱商業(yè)開發(fā)出現(xiàn)在意大利的拉德瑞羅，人們從這里的間歇泉中提取硼砂產(chǎn)品。還是在拉德瑞羅，1904年意大利親王皮埃羅·孔蒂試驗了第一個地熱發(fā)電機，點亮了4個燈泡，從此成為世界著名的地熱電力生產(chǎn)基地。
美國是地熱利用的后起之秀，年輕的查理·列博在1930年發(fā)明了第一臺地熱井下?lián)Q熱器。20世紀60年代，加州蓋瑟爾斯的地熱電廠開始發(fā)電，美國從此一躍成為世界地熱發(fā)電領域的領頭羊。
冰島地熱利用比例最高
瑞士三成新建筑物用地熱供暖
說起歐洲的地熱利用情況，多數(shù)讀者可能會先想到冰島。這個彈丸之地位于活躍的大西洋中脊上，連綿的水下山脈如同一條中樞一直延伸到大西洋中心，地殼在這里碰撞擠壓，周而復始的循環(huán)過程使得冰島的地質活動很活躍，2010年冰島的埃亞菲亞德拉火山噴發(fā)，就迫使歐洲領空封閉。
雖然冰島很早就用地熱供暖，而且有得天獨厚的自然條件，但實際上冰島在20世紀70年代以前卻大量使用煤炭和石油，受到1973年能源危機的沖擊，冰島才走上了大規(guī)模利用地熱的道路。經(jīng)過30年的努力，2010年冰島電能的26%來自地熱發(fā)電（6個地熱電站），73.8%來自水電，不足1%來自傳統(tǒng)的化石燃料。被視為世界地熱開發(fā)楷模的冰島，目前85%的住宅都在利用地熱來實現(xiàn)供暖。去年4月，時任中國總理溫家寶到冰島最大的地熱電站——赫利舍迪地熱電站考察時表示，將與冰島加強合作，開發(fā)地熱等清潔能源。
歐洲地熱資源另一個集中地是土耳其。2007年土耳其報紙載文稱，土耳其的地熱資源居世界第七。截至2010年，土耳其地熱發(fā)電的裝機容量為10萬千瓦，開發(fā)潛力巨大。
長期以來，德國是可再生能源的倡導國，除了開發(fā)深層地熱能，德國經(jīng)過多年的研發(fā)與實踐，以地下水開采井、井下?lián)Q熱器以及換熱樁等技術途徑獲得淺部地熱能源，與電力和燃煤供暖系統(tǒng)相比，碳排放明顯減少。在德國沃爾芬一個由71幢樓房組成的住宅區(qū)，是由與2個開采井和3個注水井相連的地下水熱泵系統(tǒng)進行供暖的。這個供暖系統(tǒng)已經(jīng)有效地運行了30多年。
瑞士地熱資源也很豐富，2011年瑞士地熱協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，瑞士約三成的新建筑物都采用了地熱供暖，而在利用地下50米到300米處淺層地熱的熱泵利用率方面，瑞士更是居世界各國之首。
蘇聯(lián)（俄羅斯）在地熱開發(fā)方面的主要貢獻，在于1967年首次論證了雙循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的可行性，并在科拉半島打出了深達12262米的深井。如今，俄羅斯只在東北部火山活動頻繁的堪察加半島穆特諾夫斯克山谷中建有3座地熱發(fā)電站，總體而言，該國的地熱資源潛力尚未得到大規(guī)模的深度開發(fā)，對地熱更多的屬于直接利用。
“補水保濕”技術
幫美國地熱田恢復青春
從美國的阿拉斯加州、加利福尼亞州到墨西哥、智利一帶，屬于環(huán)太平洋地熱帶，世界著名的地熱田如美國的蓋瑟爾斯、墨西哥的普列托等就位于這里。作為世界地熱技術的領跑國，美國開發(fā)地熱能的技術和經(jīng)驗受到各國重視。
著名的加州蓋瑟爾斯地熱田歷經(jīng)多年開發(fā)，可以看做美國地熱資源利用的一個縮影。位于舊金山北部的蓋瑟爾斯地熱田位置淺，水分容易滲過破碎的地下巖層接觸深層熱量，如此開發(fā)條件堪稱上帝的寵兒。19世紀這里的溫泉就聞名遐邇，1924年這里開挖了第一口地熱井。經(jīng)過數(shù)十年開發(fā)，卡爾派恩公司在這里建了15個熱電廠，打了586口地熱井，平均井深2590米，平均每85天打一口井，2012年裝機功率約為70萬千瓦。雖然這里地熱資源豐富而穩(wěn)定，但蓋瑟爾斯地熱田從1989年起發(fā)電量突然減少了10%至24%，人們這才發(fā)現(xiàn)地熱能量并非“取之不盡”的。
原來，在經(jīng)歷了20世紀七八十年代的生產(chǎn)高峰期后，蓋瑟爾斯地熱田巖層中的水分沒有得到及時補充，所以大大影響了蒸汽產(chǎn)出量。找到癥結之后，地熱田管理方1995年啟動了蓋瑟爾斯東南排水管道工程，從1997年開始通過數(shù)十公里長的管道，將萊克縣的廢水引過來灌入地熱田深處，每天900萬加侖（約34000噸）。2003年啟動的圣羅莎回灌工程，每天可以通過管道向地熱田灌入1100萬加侖（約41600噸）處理過的廢水。經(jīng)過“補水保濕”，蓋瑟爾斯地熱田恢復了青春，發(fā)電量明顯提升。
從整個美洲大陸看，南美開發(fā)地熱的腳步明顯落后于中美洲和加勒比海國家。地震頻繁的智利擁有全球最長的火山鏈和世界約10%的活火山，潛力極大，但開發(fā)嚴重滯后。智利地熱能源協(xié)會負責人貢薩洛·薩爾加多曾無奈地說：“地質構造賦予了智利無與倫比的優(yōu)勢，但我們卻白白浪費了這么多年。”
美國地熱能源協(xié)會（GEA）公布的數(shù)據(jù)顯示，大部分中美洲國家都已啟動了國內的地熱開發(fā)，并取得了相當不錯的成績。例如，薩爾瓦多和哥斯達黎加的電力生產(chǎn)中分別有25%（20.4萬千瓦）和12%（16.3萬千瓦）來自地熱，尼加拉瓜和危地馬拉這樣的小國也分別擁有8.7萬千瓦和4.95萬千瓦的地熱裝機容量。
澳大利亞地熱能僅開發(fā)百分之一就夠全國人口用兩萬多年
大洋洲也處在環(huán)太平洋地熱帶上。在新西蘭，最早的居民毛利人很早就會利用地熱做飯、洗衣。19世紀，歐洲移民大量來新西蘭后，很快發(fā)現(xiàn)用原始的熱交換器就能取得適合于各種用途的干凈熱水。今天，地熱已被新西蘭廣泛應用于家庭、醫(yī)院、公共設施以及包括養(yǎng)豬、溫室種植、造紙等產(chǎn)業(yè)。1958年開始發(fā)電的新西蘭懷拉基熱電廠世界聞名，全國目前有11個地熱電站發(fā)電，2個在建，地熱貢獻了全國發(fā)電量的1/10。
路透社在2008年的一則報道中說，如果澳大利亞可開發(fā)的地熱能中僅開發(fā)1%，其電能就夠該國用上26000年。但與如此巨大的潛力不相稱的是，目前澳大利亞只有一座功率很小的地熱電站（80千瓦），地點在伯茲維爾。澳大利亞為改變這一落后局面，制定了雄心勃勃的勘測項目和發(fā)展規(guī)劃，對地熱能源開發(fā)的投資也在不斷增加，政府已經(jīng)認識到，地熱能的開發(fā)利用對于已在《京都議定書》上簽字的澳大利亞非常重要。
非洲地熱資源集中于東北部。2010年聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署的評估報告認為，包括莫桑比克在內的東非大裂谷周邊國家有利用地熱年發(fā)電400萬千瓦的潛力，整個非洲大陸擁有的地熱發(fā)電能力至少在年700萬千瓦以上。
在非洲，肯尼亞在開發(fā)地熱能方面遙遙領先，目前已建了5個熱電廠，到2010年具備了16.7萬千瓦的裝機容量。去年，肯尼亞為奧爾卡里亞地熱發(fā)電第四期及一期擴建項目舉行了開工典禮，這個地熱電站年發(fā)電能力將于2014年達到43萬千瓦，將是非洲最大的地熱發(fā)電站?？夏醽営媱澋?030年實現(xiàn)年地熱發(fā)電能力500萬千瓦的目標，對比目前全球地熱發(fā)電量最大的美國（年地熱發(fā)電能力300萬千瓦），可謂雄心勃勃。
中國已有2000多眼地熱井
地熱發(fā)電站設備老化待更新
歐亞板塊與非洲、印度板塊的碰撞邊界，就是地中海、喜馬拉雅地熱帶，東南亞是這一區(qū)域的熱點。
印尼境內有火山400多座，其中活火山100多座，地質活動頻繁。1982年，印尼在爪哇島卡莫章火山建造了第一座地熱發(fā)電廠，如今有7座地熱電站發(fā)電，西爪哇省的哇揚文度發(fā)電廠在全球地熱電站發(fā)電能力排行榜上名列第三。但印尼的地熱發(fā)電能力現(xiàn)階段遠遠落后于菲律賓。據(jù)法新社報道，印尼共擁有250多處可供開發(fā)的地熱區(qū)，而真正投入開發(fā)的只有7處，資金缺乏是印尼開發(fā)地熱的一大障礙。
菲律賓是世界第二大地熱能源開發(fā)大國，7座地熱電站以190萬千瓦的發(fā)電能力提供了國內12%的電力。該國政府對可再生能源項目的大力支持和鼓勵政策，大大促進了地熱資源的開發(fā)利用，這些優(yōu)惠政策包括賦稅優(yōu)惠期和免稅政策。2011年，菲律賓對10處地熱資源開發(fā)項目進行招標，這些合作總共將開發(fā)62萬千瓦的地熱能源。
我國地熱資源潛力接近全球的8%，但是我國的地熱以中低溫資源為主。國家科技部估算我國深度2000米以內的地熱資源熱能相當于2500萬億噸標準煤，初步可以開發(fā)其中的500億噸。我國地熱資源主要分三類：（1）高溫對流型，主要分布在滇藏及臺灣地區(qū)，可裝機潛力600萬千瓦；（2）中低溫對流型，主要分布在東南沿海地區(qū)；（3）中低溫傳導型地熱資源，主要埋藏在華北、松遼、蘇北、四川、鄂爾多斯等大中型沉積盆地之中。目前中國經(jīng)正式勘察并審批的地熱田為103處，全國已打成地熱井2000多眼。我國一度建有10余座地熱發(fā)電站，總裝機容量達2.8萬千瓦，但由于設備老化等原因，現(xiàn)在發(fā)電能力已經(jīng)降到2.4萬千瓦，居世界地熱發(fā)電量第18位。
（本文在寫作過程中，參考了國家科技部《中國地熱能利用技術及應用宣傳冊》以及國際地熱協(xié)會、蓋瑟爾斯地熱田、國際能源署、美國地質調查局、美國國家可再生能源實驗室等網(wǎng)站的信息，在此說明并致謝。）
歡迎一切與地源熱泵行業(yè)相關的新聞包括但不限于投標中標、技術研發(fā)、新品發(fā)布、從業(yè)經(jīng)驗、施工技巧、成功案例、創(chuàng)新思維的資訊或論文類投稿，本網(wǎng)網(wǎng)絡部將擇優(yōu)在地源熱泵網(wǎng)微信公眾平臺（微信號：www-dyrbw-com，您也可掃描下面的二維碼）、新浪公眾平臺、地源熱泵網(wǎng)主站、《地源熱泵》雜志上刊登。投稿郵箱：dyrbw@dyrbw.com
責編：dhl
Email: direjia@126.com（投稿），direjia@163.com（合作）,
直線電話：18515158288（同微信）
