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論壇丨干熱巖開發(fā)面臨的問題與對策建議

來源：《中國電力報(bào)》 時(shí)間：2024-04-02 10:37

羅佐縣 王迪 豆寧輝

　　在碳中和及能源轉(zhuǎn)型的背景下，干熱巖以其豐富的資源稟賦和清潔低碳的顯著特征，正受到世界各國的關(guān)注，美國能源部將其稱為可能改變未來能源格局的重要能源資源。我國干熱巖資源勘探開發(fā)潛力較大、理論上具備產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間。在能源消費(fèi)以煤為主、油氣對外依存度居高不下的形勢下，若能在干熱巖資源開發(fā)利用領(lǐng)域取得突破，我國能源安全保障能力將顯著提升。

干熱巖熱電開發(fā)利用潛力巨大

　　地球本身是一個(gè)巨大的熱庫。地?zé)豳Y源按照賦存方式和埋深，可以分為淺層地?zé)豳Y源、中深層水熱型地?zé)豳Y源和干熱巖資源三大類。淺層地?zé)豳Y源一般賦存環(huán)境低于25攝氏度、埋深淺于200米。中深層水熱型地?zé)豳Y源一般賦存深度為200~3000米，按照熱儲(chǔ)溫度分為低溫（25攝氏度≤T<90攝氏度）、中溫（90攝氏度≤T<150攝氏度）和高溫（≥150攝氏度）三種類型。一般按照溫度、地?zé)崃黧w和滲透性儲(chǔ)層對地?zé)徇M(jìn)行界定和分類。干熱巖是指溫度達(dá)到150攝氏度以上、缺乏水或缺乏滲透性儲(chǔ)層的高溫?zé)醿?chǔ)體。理論上，地球表層溫度隨深度增加而升高，任何地區(qū)達(dá)到一定深度都可形成干熱巖，但目前研究人員關(guān)注的干熱巖為埋藏于距地表1千米~10千米的深處，溫度超過150攝氏度的熱巖體。理論上干熱巖主要開發(fā)利用途徑是發(fā)電和供熱。歐美對此進(jìn)行了前瞻性研究，麻省理工學(xué)院（MIT）2006年得出結(jié)論，到2050年干熱巖可為美國提供超過100吉瓦裝機(jī)的電力。歐洲深部地?zé)峒夹g(shù)與創(chuàng)新平臺(tái)（ETIP-DG）發(fā)布的《深部地?zé)崮茉妇啊穲?bào)告提出，地?zé)崮苁俏磥須W洲城市能源體系中的基石之一，到2050年通過研究與創(chuàng)新深部地?zé)崮芸蓾M足歐洲預(yù)計(jì)電力需求的50%和供熱的80%。

國內(nèi)外干熱巖開發(fā)利用現(xiàn)狀

　　目前全球建有30多個(gè)現(xiàn)場試驗(yàn)項(xiàng)目，建成后發(fā)電裝機(jī)容量約20兆瓦，供熱30兆瓦。為進(jìn)一步推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，歐美制定了多項(xiàng)計(jì)劃。2013年以來，歐洲制定了多項(xiàng)地?zé)嵫邪l(fā)計(jì)劃，歐盟“地平線2020”戰(zhàn)略、歐洲深部地?zé)峒夹g(shù)與創(chuàng)新平臺(tái)兩個(gè)項(xiàng)目比較有代表性。前者著眼于資源與工程技術(shù)，后者著眼于利用地?zé)豳Y源滿足重要的熱力需求和大部分的電力需求。2014年美國能源部發(fā)布了“地?zé)崮芮把夭t望臺(tái)研究計(jì)劃（FORGE）”，該計(jì)劃于2015年正式啟動(dòng)，被視為實(shí)現(xiàn)EGS產(chǎn)業(yè)化部署的關(guān)鍵步驟。2016年啟動(dòng)了配套研究項(xiàng)目“EGS合作實(shí)驗(yàn)室”計(jì)劃，目的在于建立實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的壓裂和巖石力學(xué)研究與未來FORGE場地的大規(guī)模研究之間的橋梁。總體看，歐美雖然陸續(xù)出現(xiàn)了兆瓦級發(fā)電項(xiàng)目，但是由于關(guān)鍵技術(shù)瓶頸與經(jīng)濟(jì)成本問題，距離規(guī)模化、商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化還有巨大的差距。

　　國內(nèi)干熱巖開發(fā)利用尚處于先導(dǎo)試驗(yàn)階段，在青海省共和縣及海南省瓊北地區(qū)、江蘇省興化市進(jìn)行了系列試驗(yàn)和先導(dǎo)示范項(xiàng)目建設(shè)，取得了一定的成果，但距離成功還有較大的差距。

進(jìn)一步開發(fā)利用面臨的問題

　　資源家底尚未摸清，僅處于評價(jià)階段。2011~2022年，我國地質(zhì)調(diào)查局就中國陸區(qū)干熱巖資源潛力開展了研究，結(jié)論是中國陸區(qū)3千米~10千米深處干熱巖資源總量約合856萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，以150~250攝氏度溫度范圍規(guī)模最大、分布較為廣泛。整體而言，目前全國陸域范圍的干熱巖資源評價(jià)精度不高，評價(jià)結(jié)果只能是資源基數(shù)的級別。部分針對整個(gè)渤海灣盆地、整個(gè)松遼盆地等大區(qū)域的干熱巖資源評價(jià)，主要依據(jù)前期油氣鉆井或中淺層地?zé)徙@井的數(shù)據(jù)資料，評價(jià)精度也不高，尤其是針對整個(gè)3千米~10千米巨厚的埋深范圍，也只能達(dá)到資源基數(shù)的評價(jià)級別。多個(gè)省開展的針對省區(qū)的資源評價(jià)結(jié)果，如江蘇省蘇北盆地和蘇南地區(qū)、江西省、湖南省7個(gè)有利區(qū)，評價(jià)范圍覆蓋面積都非常大，主要依據(jù)區(qū)域地質(zhì)、地?zé)豳Y料，沒有鉆獲干熱巖的地?zé)崽骄仓贿_(dá)到地?zé)豳Y源基數(shù)的評價(jià)級別。干熱巖資源富集機(jī)理和控制因素不清，資源評價(jià)和選區(qū)選址工作還需加強(qiáng)，缺乏對重點(diǎn)地區(qū)干熱巖工程技術(shù)可采資源量的準(zhǔn)確評價(jià)，面臨潛力巨大、無處下手的局面。

　　關(guān)鍵工程技術(shù)未取得實(shí)質(zhì)性突破。2014年以來，我國先后在青海、福建、山東、海南、河北、江蘇6省完鉆了10口干熱巖探井，獲取了溫度、巖性、物性等基礎(chǔ)資料。但干熱巖熱源性質(zhì)、規(guī)模和品質(zhì)的定量識(shí)別技術(shù)依舊薄弱，整體缺乏針對性資源評價(jià)方法。特別是高溫復(fù)雜工程地質(zhì)條件下井筒通道建立與維護(hù)難度大，高溫高硬地層PDC鉆頭無法適應(yīng)，牙輪鉆頭單只進(jìn)尺平均低于100米，平均機(jī)械鉆速多小于2米/小時(shí)，工具、儀器和材料的耐溫能力難以滿足200攝氏度以上的高溫要求，建井周期普遍超過200天，成井成本占整個(gè)地?zé)衢_發(fā)成本的50%以上。裂縫網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展與連通技術(shù)難以滿足高效換熱需求，關(guān)鍵工程技術(shù)距離滿足規(guī)模化商業(yè)化發(fā)展還有較大距離，且改造過程中易引發(fā)輕微地震，尚達(dá)不到商業(yè)發(fā)電開發(fā)利用的基本要求。

發(fā)展對策與建議

　　我國是能源消費(fèi)大國，油氣對外采買度高，屢受海外市場波動(dòng)困擾。從根本上解決能源安全問題之道是增強(qiáng)自身能源供應(yīng)能力。目前我國太陽能、風(fēng)能等再生能源開發(fā)步伐加快、力度加大，發(fā)展政策導(dǎo)向明確，但關(guān)于干熱巖開發(fā)利用的政策導(dǎo)向不夠明確。可再生能源政策、地?zé)崮芟嚓P(guān)規(guī)劃對干熱巖開發(fā)利用體現(xiàn)出了激勵(lì)的導(dǎo)向，但重點(diǎn)不夠突出、路徑不夠明確，與推進(jìn)干熱巖產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的要求尚有距離。一旦干熱巖開發(fā)利用取得突破，即使利用其資源量（856萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤）的比例只有1%~2%，其規(guī)模也是巨大的。就我國能源安全保障情況看，有必要加大干熱巖投資力度，鼓勵(lì)創(chuàng)新。在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)做好以下幾個(gè)方面的工作：

　　政府牽頭加強(qiáng)干熱巖資源評價(jià)等基礎(chǔ)性工作。立足干熱巖資源開發(fā)利用屬于前瞻性產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展周期長的特點(diǎn)，借鑒國外干熱巖項(xiàng)目一般由政府、公益性研究基金先期進(jìn)行資助的做法，由政府牽頭先期投入，開展資源評價(jià)等基礎(chǔ)性工作。自然資源部等部門牽頭組織、劃撥專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)予以支撐落實(shí)，重點(diǎn)支撐新技術(shù)研發(fā)和現(xiàn)場試驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)及初期試驗(yàn)運(yùn)行。在新一輪找礦突破戰(zhàn)略行動(dòng)中要強(qiáng)調(diào)干熱巖勘查及開發(fā)利用的地位，依托青海省、江蘇省、海南省已經(jīng)獲得的勘探和工程成果，繼續(xù)深入開展先導(dǎo)試驗(yàn)，地質(zhì)與電力行業(yè)協(xié)作，推進(jìn)試驗(yàn)示范區(qū)和示范工程建設(shè)，為大規(guī)模一體化開發(fā)利用尋求可供復(fù)制和借鑒的發(fā)展模式。

　　加大科研技術(shù)攻關(guān)，政企協(xié)同推進(jìn)干熱巖開發(fā)利用關(guān)鍵工程技術(shù)突破。強(qiáng)化風(fēng)險(xiǎn)投資意識(shí)，本著鼓勵(lì)創(chuàng)新、寬容失敗的精神支持開發(fā)干熱巖。建議加大干熱巖基礎(chǔ)性研發(fā)投入，優(yōu)化科技資源配置，在重大項(xiàng)目立項(xiàng)方面對干熱巖開發(fā)利用等基礎(chǔ)研究項(xiàng)目有所傾斜。依托現(xiàn)有國家地?zé)嵫邪l(fā)平臺(tái)，有效整合國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)、大學(xué)和大型企業(yè)的研發(fā)力量，建設(shè)干熱巖國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，形成穩(wěn)定的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，打造干熱巖攻關(guān)的骨干力量。通過成立干熱巖國家實(shí)驗(yàn)室等途徑加快建成有國際影響力的中國干熱巖實(shí)驗(yàn)研究中心，支撐中外科技和產(chǎn)業(yè)合作，推動(dòng)中國干熱巖資源規(guī)模化商業(yè)開發(fā)，為中國實(shí)現(xiàn)“能源自由”提供“基礎(chǔ)負(fù)荷”。

　　強(qiáng)化頂層設(shè)計(jì)，加大對示范性項(xiàng)目的政策扶持力度，為干熱巖產(chǎn)業(yè)化發(fā)展做好鋪墊。建議將干熱巖開發(fā)利用定位為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，依托現(xiàn)有可再生能源發(fā)展規(guī)劃及政策，加強(qiáng)干熱巖產(chǎn)業(yè)化頂層設(shè)計(jì)，發(fā)展由點(diǎn)到面，步步推進(jìn)。特別是針對干熱巖開發(fā)利用投資風(fēng)險(xiǎn)大以及產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)后可能出現(xiàn)的項(xiàng)目融資難等問題，需要加強(qiáng)預(yù)案研究，通過合理電價(jià)補(bǔ)貼以及低息融資政策支持等手段幫助企業(yè)予以妥善應(yīng)對，緩沖企業(yè)在干熱巖開發(fā)利用初期面臨的投入回報(bào)周期長、風(fēng)險(xiǎn)大及高成本壓力。發(fā)展初期，要通過積極的財(cái)政金融政策持續(xù)調(diào)動(dòng)各類參與干熱巖開發(fā)利用企業(yè)的積極性，本著“誰投資、誰受益”的原則給予先期投資企業(yè)利益分配優(yōu)先權(quán)，明確企業(yè)未來收益歸屬和紅利，充分鼓勵(lì)、調(diào)動(dòng)和激發(fā)企業(yè)投資熱情，推動(dòng)干熱巖開發(fā)利用。（作者羅佐縣、王迪，單位為中國石化經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院；作者豆寧輝，單位為中國石化石油工程技術(shù)研究院）

責(zé)任編輯：沈馨蕊