正文 第二章 認識地熱能(上)(2 / 3)

不管是地方政府,還是能源巨頭,地熱資源開發都是它們看重的地方。還有資料顯示,到2020年,地熱資源在內的6個方麵的新能源會被人們開發利用。業內分析人士也指出,伴隨著地源熱泵投資成本的降低,快速普及地源熱泵的可能性就會增大,預示著整個行業的業績將會一年比一年提高。

雖然說地熱開發有著非常廣闊的發展前景,不過因為前期地源熱泵產業利潤高、門檻低,這個產業自然而然就多了很多非專業企業,造成技術水平參差不齊,靠價格戰搶市場,這一表麵的競爭形勢就鑄成了一定程度上的惡性競爭,在這些問題麵前,技術的推廣也是寸步難行的。

現在的情形就是,我國應該有不同形式的地源熱泵係統的綜合評價體係和嚴格的市場準入製度,這樣對開展係統可靠性和開展節能效果的評價工作是很有利的。目前,市場操作不規範,以犧牲工程質量為代價的惡性競爭大有加劇之勢,所以國家出台行業準入標準和產業目標評價體係的時間越早就越有利於這一惡性競爭的排除。

現在,每個地方的地熱係統集成商、工程商技術水平參差不齊,還沒有完全掌握地下熱場計算、回填材料選擇、地下熱場的冷熱平衡等信息。項目完工後,運行費用高,製熱、製冷效果不理想等問題就接踵而至。

還有一點就是,地源熱泵生產企業沒有過硬的核心技術,機組的核心部分壓縮機均依賴進口,創新能力不強,產品特點不突出,產品雷同化程度較高,用價格戰搶占市場現象時有發生。其實,地源熱泵是一種新生事物,它的實施和利用是需要國家在政策層麵持續加大支持和鼓勵的,同時它的利用也不能少了國家對現在的市場狀況進行規範整頓,設定門檻,提高整個行業的技術和施工水平,推動我國的地熱開發應用產業穩步發展。進一步貫徹落實國家關於新能源產業發展的各項扶持政策,同時相關政策和實施辦法是需要對應實際情況來製定的,利用科學的方法對企業進行一定的引導,還要把投資規模在原來的基礎上進行擴大,最重要的產業層次比之前要有一個提升的層次。

一般情況下,地熱能的利用有地熱發電和直接利用兩大類。實際上,地熱能是一種來自地球深處的可再生熱能。它起源於地球的熔岩漿和放射性物質的衰變。地熱能儲量比目前人們所利用的總量多很多倍,地熱能在我國工業中的利用也是非常多的。在我國的中西部地區,地熱水的稀有元素、放射性元素、稀有氣體和化合物都是一些很有用途的元素,它們在工業生產中有著非常重要的作用,像溴、碘、硼、鋰、銣、銫、鍶、鐳、氦、重水和鉀鹽等,在國防工業、原子能工業、化工工業及農業方麵都不能沒有它們。不過現在人們隻是在化工工業和輕紡工業等方麵進行了很好的利用。20世紀50年代末,石油部門在四川盆地中部打成一口基準井——蓬基井,揭露了埋藏於盆地深部的熱鹵水資源,以後陸續打成一批熱鹵井,除製鹽外,還提取溴、碘等化工原料,至今已開采40餘年。現在的資料顯示,這一井熱鹵水礦化度、水化學類型和微量成分一般都非常少,具有相對穩定的動態。湖北英山在20世紀70年代,就已將地熱水利用於棉織、麻紡、繅絲、製革、製磚、造紙等目的。在我國的四川康定毛紡廠,洗毛是利用地熱水進行洗的。還有,雲南騰衝的熱海硫磺塘,是利用淘洗的方法提取硫磺的,不過雲南洱源縣的九台(九氣台)溫泉區的芒硝和自然硫等都是直接進行的挖去,並且這些地方都取得了良好的發展和利用效果。

最初製定的目標和任務:

1、高溫地熱發電

羊八井地熱電站是高溫地熱發電的主要代表,但是還是需要在現有地熱發電裝備的基礎上對它進行完善、優化,讓它發揮更大的優勢。理想的孔高溫地熱流體會達到增發、滿發的目的,使總裝機的容量更大。滇西騰衝高溫地熱井施工要在人們的努力下完成,地熱流體要是250℃時才能適合,發電潛力必須在12兆瓦時才能達到一定的程度。

2、地熱采暖在950萬平方米

這一地熱采暖在京津地區、京九沿線的山東西部是分布最多的,在鬆遼盆地的大慶地區,要對地熱供熱工程作進一步的完善、優化,根據合適的地點建立示範區。在2010年,有這樣一個地熱開發利用總量:地熱發電裝機容量的範圍是75~100兆瓦,也就是說地熱采暖要在2500平方米。總共的熱能利用應該在1500萬噸標煤的標準處。

它存在的問題:

1、到現在為止,還沒有建立起地熱管理體製和開發利用工程、項目的適合市場經濟的運行機製,還沒有完全打破舊的計劃經濟管理體製以及運行機製。

2、地熱資源的勘探、開發是一項高投入、高風險和知識密集的新興產業,它的發展給社會帶來了一定的用處,根本沒有建立起化解風險的機製和社會保障製度,打擊了投資者、開發者的信心,地熱產業的發展也遇到了瓶頸。

3、沒有健全、完善、係統的技術規程、規範和技術標準。

可持續性:一般情況下,岩漿或者火山的地熱活動的壽命從最低的5000年到100萬年以上。長的壽命決定了地熱源是一種可再生能源。其天然補充率在地熱庫有幾兆瓦到1000兆瓦(熱)不等。人類第一次用地熱水發電是在1904年意大利的拖斯卡納。1958年,新西蘭的北島開始用地熱源發電(目前為212兆瓦)。美國加州的噴泉熱田,從1960年就開始發電,現在的輸出功率一般是1300兆瓦。不用說,這時,地熱資源可以在可靠、安全和可持續的狀態下進行正確的運行。地熱生產的可持續性也可從存在於熱庫岩石(含熱量85%~95%)中的熱源判斷。在美國加州有一個地熱田那就是著名的噴泉熱田,它的熱含量從最少的方麵來說的話大約是燃燒280億桶石油或907公斤的煤所得的能量。

現狀:現在世界上的可再生能源被人們利用的非常多,地熱能卻一直被人們忽視,人們更多地關注來自太空的太陽能量,卻忽略了地球本身賦予人類的豐富資源。地熱能在未來的生活中將會是眾多能源中的最亮的一顆星。

地熱能和太陽能、風能是不一樣的,後兩者具有不穩定性,地熱能是較為可靠的可再生能源,這讓人們相信地熱能可以作為煤炭、天然氣和核能的最佳替代能源。的確,地熱能是人們首選的一種清潔能源,而且它的能源蘊藏豐富,最好的一點就是溫室氣體在它的使用時是不會出現的,這樣一來,地球上的各種環境汙染和生態破壞就不會產生。

現在,美國的地熱能使用隻相當於它整個國家能源組成的05%。由麻省理工學院的一份報告可以知道,美國現有的地熱係統每年隻采集約3000兆瓦能量,而保守估計,可開采的地熱資源達到10萬兆瓦。相關專家指出,倘若給予地熱能源相應的關注和支持,在不遠的將來,地熱能成為太陽能和風能之外又一個被人們看重的新能源,而且有望超過太陽能和風能的勢頭。

當然了,地熱能和其他可再生能源在最開始的時候都是一樣的,技術和資金都成為了最重要的問題。地熱產業屬於資本密集型行業,從投資到收益的過程較為漫長,一般來說較難吸引到商業投資。可再生能源的發展一般能夠得到政府優惠政策的支持,例如稅收減免、政府補貼以及獲得優先貸款的權力。有了相關優惠政策作為吸引的動力,投資建設地熱項目將會成為投資者們最大的樂趣,還會形成他們之間進行地熱投資項目的一種美好的合作關係。

從技術方麵來說,開采點的準確勘測可以說是地熱開采技術上的重要一環,此外還有預測地熱蘊藏量也是相當關鍵的。由於一次鑽探的成本較高,找到合適的開采點對於地熱項目的投資建設至關重要。目前,石油、天然氣等常規能源勘測設備可以幫助地熱產業進行更好的開采和利用,這在地熱能尋找準確的開采點上是一個不小的進步。

從全世界範圍來看,世界各國以及地區也在積極地為地熱能的發展和利用進行著努力。世界上大約有40多個國家已經將地熱能發展提上日程,並作為一項目標進行實施。到2010年,全球地熱資源的利用已提升了50%。這也是科學技術的進步以及生活水平提高的一個重要表現,因為社會生產在全球範圍內的集中和貿易的一體化,這種情況促使各國的人們注重新能源的利用來愛護我們的家園,所以一些有汙染的能源就會被替代,地熱能作為一種潔淨的新能源在全球範圍內成為人們追求的焦點,在對它進行開發和利用上還需要人們的努力。

對環境的影響:

(1)火力發電都比地熱蒸汽的溫度和壓力要高,所以,地熱利用率很低,像蓋塞斯的老發電機組的熱效率隻有143%,以致冷卻水用量多於普通電站,一般情況下,熱汙染相對嚴重。

(2)冷卻塔會把地熱電站的餘熱釋放到大氣中,目的就是為了讓前麵所說的熱汙染不出現。冷卻塔的補充水來源於蒸汽本身,因此不需要外來水源。地熱蒸汽在通過汽輪機之前,先進入離心分離器,除去岩粒和灰塵,然後冷凝成溫水。冷卻塔在進行這一冷卻的過程時,其中有75%~80%的熱氣會變成蒸汽,還有一部分的冷卻水會在冷凝器中重新被利用。過剩的冷卻水由於積累了硼﹑氨等汙染物,應排入地下,而不應該排入水體。這雖然解決了汙染問題,但是有可能引發地震。但是,岩層會一點一點地滑動,這是因為它的陸續注入,這樣一來,積壓就會被緩慢地解除,相對應的就可能預防地震的突發。不過究竟是好是壞,要對它進行嚴密監測才能知道。

(3)要特別提醒的是,H2S等有毒氣體可能就是冷卻塔排出的廢蒸汽和廢水中含有的,所以要對它盡快加以處理,為了不讓它汙染到廠區附近的空氣,必須這樣做。

(4)地熱在可再生的過程中,是一種比較慢的可再生資源。地熱蒸汽產區隻能利用一段時間,其長短難以估計。由於取用的水多於回注的水,利用地熱發電以後會出現一些情況,最要注意的是最終可能會引起地麵沉降,這一點在進行地熱發電時一定要嚴加把關。

對環境的實際價值:中國利用地熱發電也隻是剛剛起步,這麼一段時間,一些小型發電站,也就是某些地方利用地下熱水建成的發電站,最終取得了成功,這代表了地熱應用有了一個良好的開始,也就成功了一半。我國已經發現的地熱溫度較低、品味差,用來取暖及供熱應當更合適。以北京的地熱田為例,它屬於低溫熱水類,深埋在400~2500米之間,溫度在38~70℃範圍內。有一些大致的推測,隨著地熱在染織﹑空調﹑養魚﹑取暖﹑醫療和洗浴等方麵,都發展得很好,每年有4300噸煤炭可以節省下來。

地熱應用對環境實際價值的舉例:

(1)使用地熱能源取得成功的地方比比皆是,最典型的例子是冰島的首都。冰島的首都是世界上最潔淨的首都,它們那裏的煙囪根本就看不出煙的影子。汙染型的化石燃料已經被消除了,用地熱取代煤和石油進行加熱可減少大量二氧化碳的排放。目前,愛爾蘭幾乎90%的房屋使用地熱水進行加熱,和燃燒化石燃料相比,地熱在愛爾蘭的應用每年能使200萬噸左右的二氧化碳不出現在空氣中,自從愛爾蘭使用地熱以後,這個國家的二氧化碳的總排放量為28百萬噸。其實,世界上還有很多國家正因為使用地熱能源以後,二氧化碳的排放,比以前變得少多了。

(2)還有一個用地熱水取代化石燃料的好例子就是天然氣熱生產區域加熱係統,該係統已經被修改了。天然氣由富含碳酸鹽的地熱水所取代。它的替代意味著每年可以有5000噸的二氧化碳不會和人們見麵,人體的健康也就有了保障。

天津地區在高熱流構造帶的附近,依據勘探成果的分析,在白塘口西斷裂東側大蘆北口一帶和團泊東南地層深處埋藏著範圍較大的基性火成岩體,預計鑽探至深部中元古界長城係地表以下3000~4000米的岩體溫度可達110℃~150℃,以厚度550~600米估算熱岩體所儲存的地熱資源約為1、72×10焦,每平方千米會有7.15×10焦的熱量產生,這樣的資源前景吸引很多人去開發。在現階段技術水平和設備裝置方麵,這部分潛在熱能怎樣發揮它在市建設中的作用,這一問題是地質工作者要研究和解決的。

現代社會賴以生存和發展的基礎可以說是能源,因為石油、煤炭等高能耗、高汙染、高排放的傳統石化能源不具備了那種清潔的特點,不能達到人類環保、集約化的要求,同時全球範圍的能源危機使人們不得不尋找各種可替代化石燃料的清潔、可再生新能源。實際上,太陽能、風能、水力、地熱等都是可再生新能源的代表。地熱能的開發利用在最近的一段時間內有了一個穩定的發展和規模增長的趨勢。

巨大的熱能蘊藏於地球內部,現在人們估計的全球地熱儲量和5000×108噸標準煤的熱量是相當的。到目前為止,對於地熱資源的利用主要是水熱資源(熱水型和蒸汽型)的開發。從簡單的意義上講,地下熱水和蒸汽都是經過一定的方式形成的,通過大氣降水,在地下深處被熱岩體加熱以後形成的。

1、國外在幹熱岩地熱資源上的開發利用

幹熱岩說得明白一點就是地層深處普遍存在的沒有水或蒸汽的、致密不滲透的熱岩石,它的溫度範圍往往很廣,大約在150℃~650℃。幹熱岩的儲量十分豐富,它所儲存的熱能約為已探明的地熱資源總量的30%,比蒸汽、熱水和地壓型資源要大得多。世界上的一些發達國家在幹熱岩的開發研究和試驗階段上很早就開始著手了,其中一個明顯的應用就是開鑿人造熱泉了,美國的新墨西哥州北部開鑿的第一VI高溫噴汽井可以算得上是世界上最早的人造熱泉了,它是於1985年建成的,井深有3000米,一般具有200℃的溫度才是熱岩層。

從目前的狀況來說,那些埋深在3000~5000米、溫度較高的岩體才在開發經濟價值方麵有開發的意義。當然了,溫度較高的岩體才具備發電的條件。這對於多火山、高溫岩體資源豐富地區的開發更有意義,前景誘人。進行幹熱岩發電研究的國家有美國、日本、英國、法國、德國和俄羅斯。現在,在法國、荷蘭和歐盟多國能源專家的共同努力下,在法國的東部阿爾薩斯高溫花崗岩地區,人們一直都想實現開發建設利用熱岩發電的目的,最終這個目的達到了,它的實現是地熱發電史上一個劃時代的事件。

2、我國幹熱岩地熱資源的成因與分布

我們知道,在全球歐亞板塊的東南邊緣地帶,我國在東部和南部相連接的地方分別是太平洋板塊和印度洋板塊,是地熱資源較豐富的國家之一。高溫地帶或溫泉密布地帶就分別位於板塊邊緣的碰撞帶上,板塊內的區域構造邊界的斷層帶處往往是那些中、低溫泉密布帶,這一溫度帶主要集中在這一板塊處。

從板塊構造理論方麵進行研究,相鄰幾大板塊擠壓的作用就是這一過程的原理,西南部受印度洋板塊的擠壓,形成了著名的喜馬拉雅山,青藏高原地熱異常帶也就是指的這個地方,該帶中部有著名的西藏羊八井和東南部雲南騰衝地熱異常區;東南沿海受菲律賓板塊碰撞擠壓,在台灣、海南和東南沿海形成了一個高溫梯度區;東部受太平洋板塊擠壓,我國的長白山、五大連池等休眠火山或火山噴發區和京津、膠東半島等高地溫梯度區其實就是這樣形成的。由區域地質構造特征、大地熱流分布特點、地溫分布規律、高地溫梯度分布及火山與岩漿活動的研究分析,我國存在或可能存在高溫幹熱岩地熱資源的地區主要是第四紀以來的火山活動區和年輕火成岩侵入區。直到現在,我國的幹熱岩地熱資源並沒有在人們的掌控下對它有過評價和開發。不過,地熱資源在這些熱異常區是豐富的象征,或者說它們在這些地方是一個大的集體,這些都是幹熱岩地熱資源最先開發的地方。

3、天津地區地質構造特征

構造特征:天津地區在構造上屬於I級構造單元華北地台北緣。它的北部在Ⅱ級構造單元燕山褶皺帶的次一級構造單元薊寶隆褶;南部為Ⅱ級構造單元華北斷坳區,是中、新生代斷陷、坳陷盆地,構造線主要為北北東向,區內Ⅲ級構造單元隆起、坳陷及Ⅳ級構造單元都是凸起、凹陷的延伸方向均呈北北東向,雁行式相間排列的構造格局就這樣自然而然地形成了。

地層概況:第四係覆蓋是在天津絕大部分地區的,它的基岩露頭隻是在北部薊縣山區出露,在南部廣大平原區,區域基底是由太古宇和古元古界經過褶皺而形成的一套複雜變質岩係,其上的基岩主要為中新元古界、下古生界的海相碳酸鹽岩和上古生界的石炭係一二疊係地層。新生界沉積的陸相碎屑岩其實就是基岩上部的鬆散蓋層,在它的構造中沒有的是上奧陶統一下石炭統、上三疊統和古近係古新統。

岩漿岩的分布特征:早在很早的時候,天津地區的岩漿活動一直是很頻繁的,它的侵入岩和火成岩在基岩出露區和覆蓋區分布。在各地質時期中,較大的構造運動均伴有岩漿作用,中元古代、海西期、燕山期和喜馬拉雅期這些時期中岩漿的活動都存在,不過,燕山期的活動一直是比其他地方強烈的。