“傳統(tǒng)地熱能發(fā)電通常是將熱能轉(zhuǎn)化為機械能，再轉(zhuǎn)化為電能，而熱能直接發(fā)電技術可將熱能直接轉(zhuǎn)換為電能，不僅適合于廣泛的溫度范圍，溫度可低至70℃，而且還具有不需要渦輪機等優(yōu)點。”
近日，中國地質(zhì)大學（北京）教授李克文向《中國科學報》介紹了其團隊在地熱發(fā)電領域取得的技術突破。熱能直接發(fā)電被稱之為熱伏發(fā)電，李克文主要從事熱伏發(fā)電，特別是油田中低溫伴生地熱開發(fā)與利用領域的研究。
在大量成功的室內(nèi)實驗的基礎上，李克文帶領團隊在山西省等地聯(lián)合當?shù)仄髽I(yè)開展了熱伏發(fā)電技術的現(xiàn)場示范工程建設。“9月初的現(xiàn)場試驗很成功。”他告訴記者，目前我們已經(jīng)實現(xiàn)連續(xù)發(fā)電，發(fā)電功率在該領域達到國際領先水平，近期將實現(xiàn)一定規(guī)模發(fā)電。
地熱資源開發(fā)需要多方支持
地熱能是一種具有清潔、零碳排放屬性的資源，在國際上被公認為“具有可持續(xù)發(fā)展意義的能源資源”。
我國高溫地熱的典型可利用區(qū)域位于西藏自治區(qū)，有各類地熱顯示區(qū)（點）600余處，高溫地熱資源占全國地熱總量的80%。早在1977年，我國大陸第一臺兆瓦級地熱發(fā)電機組便在羊八井成功發(fā)電。
中國工程院院士多吉在羊八井工作長達30多年，他曾表示，20世紀70～80年代，我國地熱利用跟國際水平是同步的，技術上不分上下，發(fā)電裝機容量世界排名第8位，即使是在海拔4000多米的情況下都能發(fā)電，這在國際上都是處于先進水平的。
然而，從20世紀80年代后期開始，我國在地熱開發(fā)利用上基本不再投入，并在相當長的一段時期內(nèi)停止了相關的地熱資源勘查與評價工作，導致現(xiàn)有地熱資源量不是十分清楚，并且沒有得到科學的規(guī)劃與利用。
“十二五”期間，中國地質(zhì)調(diào)查局曾對全國地熱資源量進行初步評價，其結(jié)果顯示，我國地熱資源年可開采量折合標準煤約26億噸，年開采量僅相當于2100萬噸標準煤。
沉寂多年的地熱能開發(fā)利用終于迎來了春天。2017年初，由國家發(fā)改委、國土資源部及國家能源局共同編制的《地熱能開發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》（以下簡稱《規(guī)劃》）發(fā)布，這是我國首次發(fā)布地熱能相關的全國規(guī)劃。
《規(guī)劃》提出，到2020 年，我國地熱能年利用總量相當于替代化石能源 7000 萬噸標準煤，相應減排二氧化碳1.7 億噸，節(jié)能減排效果顯著，同時地熱能開發(fā)利用可為經(jīng)濟轉(zhuǎn)型和新型城鎮(zhèn)化建設增加新的有生力量。
同時，李克文也提醒道：“盡管當前地熱能開發(fā)利用正處于‘天時地利人和’的絕佳時期，但發(fā)展不可能一蹴而就，還需要政府的主導、資金的投入、技術的支撐以及監(jiān)管體系的完善等多方面支持。”
中低溫地熱發(fā)電是個突破口
當前，我國在高溫地熱前期勘探、鉆井方面存在較多技術瓶頸，比如勘探方面面臨如何確定地熱靶區(qū)的問題。李克文表示，常用的地熱勘探技術有相當一部分來自油氣勘探領域，值得注意的是，地熱勘探與油氣勘探盡管有不少相同之處，但也有不少理論和技術方面的差別。
他指出：“高溫鉆井技術近幾年來有比較大的進展，但是高成本仍然是一個主要問題，鉆井成本約占地熱開發(fā)成本的60％以上。”
針對目前我國已經(jīng)探明的高溫地熱資源比較少的現(xiàn)狀，李克文團隊在長年的實地研究中發(fā)現(xiàn)，其實不一定非要在高溫領域“死磕”，可以將重點轉(zhuǎn)移至中低溫地熱的開發(fā)與利用，尤其是中低溫發(fā)電，先對這部分資源進行開發(fā)利用。
他介紹道：“利用油田伴生中低溫地熱發(fā)電，是地熱能資源開發(fā)利用一個突破口，這是因為地熱發(fā)電所需要的主要基礎設施，比如井、公路、輸電線路等，廢棄井或者廢棄油田都已經(jīng)具備，這就可以大幅度降低油田區(qū)地熱發(fā)電的成本。
綜合近年來的探索，李克文團隊還發(fā)現(xiàn)，我國可供發(fā)電的地熱資源，尤其是油田伴生中低溫地熱發(fā)電資源非常豐富，僅我國某中小型油田可供發(fā)電的中低溫（90~150℃）地熱資源就擁有2000兆瓦以上規(guī)模的發(fā)電能力。“我國已有的廢棄石油井可能接近或者超過10萬口，只需對其中的部分井加以改造，即可用于地熱能的開發(fā)利用，甚至實現(xiàn)‘油熱電聯(lián)產(chǎn)’，讓廢棄井起死回生。”
為了推進熱伏發(fā)電在中低溫地熱能領域的應用，李克文團隊的思路是先地上、后地下，先余熱、后地熱，也就是說先在地面利用工業(yè)余熱來驗證熱伏發(fā)電的可行性，然后，再將其應用到中低溫地熱發(fā)電領域。
如今，李克文團隊已經(jīng)掌握了多項熱伏發(fā)電的核心技術，“至少在熱伏發(fā)電領域，我們不會被國外技術卡脖子”。
出謀劃策助力“零碳中國”
為了推動我國地熱能的高效開發(fā)與利用，李克文早在2010年就發(fā)起并組織“中深層地熱資源高效開發(fā)與利用國際會議”，希望就地熱資源的高效開發(fā)利用方法以及國內(nèi)外地熱勘探開發(fā)新技術進行研討，為共同推動我國地熱資源走向規(guī)模化開發(fā)與利用出謀劃策。
“地熱能開發(fā)利用技術產(chǎn)業(yè)化應用最大的問題是前期的高成本和不可預見性，因為現(xiàn)場條件和實驗室條件不一樣，實驗室里的新技術在沒有形成規(guī)模化產(chǎn)業(yè)前，成本肯定居高不下。但是，規(guī)?；院蟪杀緦⒋蠓认陆怠?rdquo;李克文透露，團隊目前已經(jīng)簽訂多份熱伏發(fā)電技術的合同，分別來自河南、山西等地。
8月16日，北京市地勘院、地熱院等單位前往中國地質(zhì)大學（北京），調(diào)研李克文團隊研發(fā)的中低溫熱伏發(fā)電技術，一致認為該技術對于具有豐富中低溫地熱資源的京津冀地區(qū)乃至全國，具有較好的推廣應用前景。
在最近舉辦的地源熱泵高層論壇年會上，李克文作了題為《地熱能與太陽能的深度互補》的報告。他認為，通過地熱能與太陽能的深度互補，可以實現(xiàn)建筑物的零碳化，助力“零碳中國”的實現(xiàn)。
李克文建議組織創(chuàng)建一個“零碳中國”計劃，為此他率先進行了一些初步的研究。與此同時，他還帶領團隊在熱伏發(fā)電等技術的基礎上開始了零碳別墅的現(xiàn)場試驗。
近幾年來，為了解決霧霾等環(huán)境問題，我國先后嘗試了煤改電、煤改氣（天然氣），但是，現(xiàn)在看來這些辦法都沒有達到理想預期。此前，包括李克文在內(nèi)的不少地熱專家建議煤改地熱，并指出這是完全可能實現(xiàn)的。
“利用地熱能不僅可以供暖，而且還可以制冷。”李克文表示，如果全國的供暖制冷都采用地熱能，那么，就實現(xiàn)了“近零碳中國”的目標。
對于“零碳中國”的實現(xiàn)，李克文充滿信心并透露其將在2020年世界地熱大會上宣讀的論文的部分結(jié)論：“到2050年左右，我國用清潔能源替代全部能源需求、實現(xiàn)“零碳中國”或者“近零碳中國”是有可能的。當然，這需要國家和各級政府在政策等方面的大力支持。”
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