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地?zé)豳Y源開發(fā)利用

深層地?zé)衢_發(fā)和綜合利用需要分步實施

  地?zé)豳Y源是一種新型能源，它具有清潔環(huán)保、可再生、可循環(huán)利用等特點。當(dāng)前正值北方地區(qū)冬季供暖期，按照國務(wù)院今年6月27日印發(fā)的《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》提出的“宜電則電、宜氣則氣、宜煤則煤、宜熱則熱”的原則，要在有條件的地區(qū)因地制宜選擇清潔供暖方式，全面推進能源轉(zhuǎn)型，加強地?zé)豳Y源的開發(fā)與利用成為題中應(yīng)有之義，而深層地?zé)?/a>和干熱巖的開發(fā)卻一直整體進展不大。怎么辦呢？本文謹(jǐn)就深層地?zé)?/a>與干熱巖的開發(fā)與利用談點粗淺的看法。
  雄安新區(qū)深層地?zé)豳Y源“二元聚熱”成因模式圖 圖片來自網(wǎng)絡(luò)目前，學(xué)術(shù)界一般將地?zé)?/a>分為淺層地?zé)?/a>和深層地?zé)?/a>兩種地?zé)?/a>資源。深層地?zé)?/a>包括地下深度200～3000米的地?zé)崮?/a>及地下深度3000米以上的干熱巖所具有的熱能，溫度范圍90～150℃的來自深部地層的熱水及150℃以上的干熱巖，是地球本身放射性元素衰變產(chǎn)生的熱能，主要是由地殼深部開鑿出的“熱、礦、水”三位一體組成的極為寶貴的自然資源，具有穩(wěn)定、連續(xù)、利用效率高等優(yōu)勢，是一種清潔可持續(xù)利用的能源。我國中、深層中溫（200米-3000米，90-150 ℃ ）地?zé)?/a>資源中水熱型地?zé)?/a>的能量相當(dāng)1.25萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。
  深層地?zé)崮?/a>是一種特殊的礦產(chǎn)資源，其功能多，用途廣，是一種清潔的可再生資源。隨著對地?zé)豳Y源的不斷開發(fā)與研究，深層地?zé)崮?/a>將成為繼水力、風(fēng)力和太陽能之后又一種重要的可再生能源。筆者認(rèn)為，在不遠(yuǎn)的未來地?zé)崮?/a>對于人類的重要性和現(xiàn)實性將大于其他可再生能源。
  目前，國家提出的“深地探測”計劃被列入“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃，“深地計劃”拓展為保證國家戰(zhàn)略優(yōu)勢的領(lǐng)域作出了部署。深層地?zé)崮艿拈_發(fā)和利用在技術(shù)上已經(jīng)比較成熟，按照我國《地?zé)崮荛_發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》提出的發(fā)展目標(biāo)是“十三五”末期，我國要新增地?zé)崮芄┡ㄖ评洌?/a>面積11億平方米，新增地?zé)岚l(fā)電裝機容量500兆瓦。到2020年，地?zé)?a href="http://kaichele.cn/t/供暖（制冷）.html" >供暖（制冷）面積累計達(dá)到16億平方米，地?zé)岚l(fā)電裝機容量約530兆瓦。2020年，地?zé)崮?/a>年利用量7000萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，京津冀地區(qū)年利用量達(dá)到約2000萬噸。
  全球有效開發(fā)利用地?zé)豳Y源的國家已達(dá)80多個，美國、冰島、法國、德國、新西蘭、日本等國家在地?zé)豳Y源開發(fā)利用方面處于世界前列，美國正在實施的地熱能前沿瞭望臺研究計劃，冰島正在實施的深部超臨界地?zé)?/a>探測計劃，均取得諸多研究成果。各國通過立法和出臺激勵政策積極推進地?zé)?a href="http://kaichele.cn/t/資源.html" >資源產(chǎn)業(yè)發(fā)展，相關(guān)勘探開發(fā)利用技術(shù)不斷進步，超高溫的地?zé)峥辈?/a>、深層地?zé)崽綔y、干熱巖資源開發(fā)等正成為全球地?zé)豳Y源開發(fā)的熱點和制高點。
  我國政府高度重視地?zé)崮艿拈_發(fā)利用，相繼出臺了《可再生能源法》和《地?zé)崮荛_發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》等法規(guī)政策，大力支持地?zé)?a href="http://kaichele.cn/t/資源.html" >資源產(chǎn)業(yè)發(fā)展，我國的地?zé)嶂苯永?/a>量已連續(xù)多年位居世界首位。自然資源部中國地質(zhì)調(diào)查局按照國家統(tǒng)一部署，積極推動地?zé)豳Y源勘查開發(fā)，系統(tǒng)開展了全國地?zé)豳Y源調(diào)查，對全國水熱型地?zé)崮?/a>和336個主要城市淺層地?zé)崮?/a>進行了評價，初步估算了全國3-10千米干熱巖型地?zé)崮?/a>基礎(chǔ)資源量。2017年在青海共和盆地3705米深度鉆獲236℃的干熱巖，實現(xiàn)了我國干熱巖勘查的重要突破。未來，自然資源部中國地質(zhì)調(diào)查局將重點對深層地?zé)崮?/a>和干熱巖勘查開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)組織科技攻關(guān)，發(fā)揮公益性、基礎(chǔ)性引領(lǐng)作用。
  就像水電開發(fā)一樣，基于深層地?zé)崧裆钤缴钯Y源量越大、開發(fā)難度越大的特點，因此應(yīng)該采用梯級開發(fā)模式，實現(xiàn)對深層地?zé)岬目茖W(xué)合理開發(fā)與綜合利用。其中，直接利用的場合應(yīng)采用梯級利用，即地?zé)崴?/a>按照用戶需要的供熱水溫，溫度由高到低，分別與用戶需求對應(yīng)。直接、間接利用的地?zé)嵛菜?/a>，可以再利用地源熱泵或者第二類吸收式熱泵技術(shù)，提高地?zé)嵛菜?/a>溫度，用于供熱。
  目前，在中深層地?zé)?/a>技術(shù)研發(fā)中，中國科學(xué)院地?zé)嵫芯?/a>中心關(guān)于地熱能的重點研究方向包括“地?zé)豳Y源富集理論與大熱田預(yù)測”、“地熱儲回灌增強技術(shù)與可持續(xù)開發(fā)利用”、“深層地熱儲探測技術(shù)與找熱應(yīng)用”。去年，雄安新區(qū)的設(shè)立為華北地區(qū)地?zé)衢_發(fā)提供了經(jīng)典范例。據(jù)介紹，地熱儲回灌增強與可持續(xù)開發(fā)利用技術(shù)應(yīng)用最好的范例就是河北雄縣，雄縣的巖溶熱儲條件非常有利。雄縣最大的亮點是實現(xiàn)了規(guī)模化利用和百分之百的回灌，之前該地?zé)崽?/a>水位下降非?？?，通過回灌實現(xiàn)了水位基本穩(wěn)定。實踐表明，雄縣地?zé)崂?/a>模式是非常成功的。
  關(guān)于大型地?zé)崽?/a>預(yù)測，華北等地區(qū)廣泛分布大型巖溶地?zé)醿Γ?a href="http://kaichele.cn/t/全國.html" >全國1/3的地區(qū)都不同程度存在這種寶貴的地?zé)豳Y源，具有重要的開發(fā)利用價值。
  目前，在采礦領(lǐng)域大多采用深井高溫巖層隔熱技術(shù)。深井高溫環(huán)境主要是由高溫巖層熱輻射所造成，研發(fā)新型高效的隔熱新材料、新技術(shù)、新工藝，對巖層高溫?zé)嵩?/a>進行隔離，在此基礎(chǔ)上再采用人工制冷降溫技術(shù)等，就會使井下巷道和采礦工作面取得良好的降溫效果。
  中國工程院院士蔡美峰認(rèn)為，要堅持深井采礦和深層地?zé)衢_發(fā)相結(jié)合的戰(zhàn)略發(fā)展方向，合理有效地開發(fā)和利用地?zé)豳Y源。“地?zé)岜旧硎且环N天然能源，現(xiàn)在我們只考慮它的負(fù)作用，作為一種災(zāi)害在防控。如果在深部開采過程中采用熱交換技術(shù)，對巖層中地?zé)豳Y源開發(fā)利用，將深井采礦和深層地?zé)衢_發(fā)相結(jié)合，就能大幅度抵消降溫成本，從而為采礦深井降溫找到一條具有顛覆性的經(jīng)濟有效的技術(shù)途徑?！?/div>
  地?zé)崽綔y技術(shù)是一切地?zé)衢_發(fā)的前提。據(jù)中國石油集團測井有限公司信息管理部經(jīng)理楊林介紹，該公司利用多種測井儀器探測地層溫度、含油氣信息的地球物理測井技術(shù)，被形象地稱為“地層脈搏的聽診器”。采用先進的電子儀器放入鉆井井眼，實時測量、采集豐富的地下信息，然后再經(jīng)過處理、解釋，把測量信號反演回地質(zhì)信息的技術(shù)，可以精確地探知深層地?zé)岷推渌?a href="http://kaichele.cn/t/礦產(chǎn)資源.html" >礦產(chǎn)資源情況。另外，微動技術(shù)、電磁法在找熱過程中取得很好的效果，在隱伏巖溶地區(qū)找熱方面也取得了成功。
  2017年底，雄安新區(qū)首批3個深度地?zé)峥碧?/a>鉆孔順利開鉆。它是利用全球樣板提供技術(shù)支撐，打造“采灌均衡、深淺聯(lián)用、清潔高效、永續(xù)開發(fā)”的地?zé)豳Y源，是雄安新區(qū)第二階段地質(zhì)調(diào)查工作的主要任務(wù)之一。在第一階段工作結(jié)束后，按照雄安新區(qū)地質(zhì)調(diào)查總體方案要求，將在第二階段進一步勘查評價地?zé)豳Y源開發(fā)潛力。據(jù)了解，首批施工的地?zé)峥碧?/a>孔位于容城地?zé)崽?/a>，主要目的是勘查容城地?zé)崽?/a>的熱儲結(jié)構(gòu)，評價淺部巖溶熱儲采灌均衡條件下可持續(xù)開發(fā)利用的潛力，探測深層地?zé)豳Y源第二空間。
  近年來，萬江集團在河南尉氏的地?zé)峁┡?/a>項目中通過開發(fā)中深層地?zé)?/a>水，利用梯級技術(shù)將地?zé)崴?/a>的熱量提取出來用于供暖，通過熱傳導(dǎo)的方式加熱用戶家中散熱設(shè)備用于供暖，并將取熱后的尾水回灌至地下。兩套系統(tǒng)兩路循環(huán)，整個過程封閉運行，取熱不取水。供暖過程零燃燒、零污染、零排放，真正做到了清潔取暖。
  推進深層地?zé)衢_發(fā)利用的幾點建議
  深層地?zé)峋哂匈Y源儲量大、分布廣、穩(wěn)定性好、用途廣泛等優(yōu)點，不受季節(jié)、晝夜變化影響，特別是在我國北方地區(qū)應(yīng)該加快推進開發(fā)和綜合利用。近年來，中石化新星公司在深層地?zé)犷I(lǐng)域做了很好的探索和嘗試。該公司副總工程師國殿斌結(jié)合近年來地?zé)衢_發(fā)方面的實際經(jīng)驗，綜合考慮地?zé)豳Y源狀況、市場狀況和國家重大戰(zhàn)略需求，提出了幾點政策建議。
  一是要進一步加大投入，盡快摸清全國的地?zé)豳Y源家底。加大財政投入力度，鼓勵各類社會資本積極參與，開展全國地?zé)崮苜Y源調(diào)查評價。加大對地?zé)崮?a href="http://kaichele.cn/t/勘探開發(fā)利用.html" >勘探開發(fā)利用核心關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)的投入力度，加強地?zé)崮軐Ｓ迷O(shè)備和特種技術(shù)的研發(fā)。
  二是加大地?zé)崮墚a(chǎn)業(yè)政策扶持。建議將低熱供暖納入供暖行業(yè)支持范圍，落實地?zé)峁┡?/a>企業(yè)以及相關(guān)設(shè)備和材料制造企業(yè)的財稅優(yōu)惠政策；重點優(yōu)化地?zé)岙a(chǎn)業(yè)資源稅，鑒于技術(shù)上已經(jīng)實現(xiàn)中深層地?zé)?a href="http://kaichele.cn/t/取熱不耗水.html" >取熱不耗水，建議免征地?zé)犴椖?/a>水資源稅，同時資源稅的收取以扣除回灌量后的用量計征，因地制宜地建立低熱供暖價格機制。
  三是理順管理體制機制，統(tǒng)一立法，綜合利用。地?zé)豳Y源涉及自然資源、水利、能源等多個部門，目前管理體制有待理順，明確管理主題。應(yīng)盡快出臺《中國地?zé)豳Y源開發(fā)管理辦法》，加強對地?zé)衢_發(fā)的事前、事中、事后監(jiān)督管理。
  四是加大科技攻關(guān)力度。建議在干熱巖鉆井以及壓裂、砂巖回灌、井下回?zé)岬榷喾矫孢M行攻關(guān)和裝備研發(fā)，突破制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸。
  總之，地?zé)崾且环N清潔環(huán)保的新型能源，加快對地?zé)豳Y源的開發(fā)和綜合利用，可有效推進北方地區(qū)清潔供暖“熱代煤”的力度和覆蓋范圍，對助力生態(tài)文明建設(shè)具有重要的現(xiàn)實意義。雖然當(dāng)前地?zé)衢_發(fā)和綜合利用還面臨著多方面的制約，有技術(shù)方面的，也有政策、價格和機制等諸多方面的，相信隨著國家和社會對地?zé)豳Y源認(rèn)識程度的不斷提升和技術(shù)的不斷超越，未來地?zé)嵋欢艹蔀橹匾?a href="http://kaichele.cn/t/清潔能源.html" >清潔能源走進尋常百姓家，為進一步提高我國清潔能源的使用比例和利用效率，為國家實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型和打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。