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提到清洁能源,大部分人第一反应就是风力发电和水力发电。风一吹风机转就能发电,大江大河筑坝蓄水,依靠水流落差产生电能,这两类能源已经深度融入我们的生活。家里的灯光、城市的地铁、工厂的生产线,背后都有风电、水电源源不断输出电力。
但我们也要客观看到,这两种主流清洁能源,各自存在绕不开的短板。风电靠天吃饭特征十分明显,刮风的时候电力产量暴涨,无风的时段,风机只能原地静止,输出电量波动很大。电网接纳风电,需要配套大量储能设施来抵消发电起伏,遇到极端无风天气,风电出力直接跌到低谷,没办法稳定持续供电。
水电的发电能力很强,单机机组功率大,供电平稳度优于风电。可水电开发高度依赖地理条件,必须要有大江大河,充足的水量,合适的筑坝峡谷地形。国内适合开发大型水电站的优质场址,基本已经开发到接近饱和。同时大型水库建设会涉及流域生态、移民安置等多重现实问题,后续大规模新建大型水电的空间已经十分有限。
光伏同样是我们熟知的清洁能源,太阳光只在白天供应,夜晚完全归零,阴雨天发电效率大幅下滑。风光水三大清洁能源,撑起了国内新能源的基本盘,但都存在一定条件限制。那地球上还有没有埋藏在地表之下,不受昼夜阴晴、刮风下雨影响,出力稳定,潜力巨大的隐藏能源?答案是有的,这就是地热能。
很多人对地热能的认知,还停留在泡温泉。泡温泉确实是地热能最简单的利用方式,地下热水涌出地面,用来泡澡取暖。但很多人不知道,温泉仅仅只是地热能很小的一部分。地球内部本身就是一个巨大的发热体,地壳往下,深度每向下推进一百米,地下温度就会出现明显上升。地心的温度更是达到数千摄氏度,源源不断的热量向外传导,这一份来自地球内部的热量,就是地热能。它是地球自带,持续释放,不会因为夜晚、阴天、无风就停止输出的能源。
地热能可以分成两种,一种是我们常见水热型地热,地下存在天然热水、热蒸汽,直接可以开采使用,温泉就属于这一类。过去国内开发地热能,大多局限在这类天然出水的地热田。这类地热田分布并不均匀,集中在部分地质断裂带区域,资源地点固定,很多人口密集、用电需求旺盛的平原地区,没有天然热水冒出,很长一段时间大家就默认,这些地方没法开发地热。
而现在国内正在重点攻关的,是干热岩地热,这才是真正称得上地球隐藏能源的宝藏资源。干热岩并不是岩浆,它是地下数千米深度,温度很高,内部几乎没有天然水的致密岩石。岩石本身温度很高,只是地下没有现成热水。开发的思路也很好理解,往地下深层高温岩石层打井,地面把冷水灌注进岩层缝隙,冷水接触高温岩石之后被加热变成高温蒸汽或者热水,再通过另外一口井把高温流体抽取回到地面,驱动发电机组转动发电。
这套模式,不需要天然温泉,不需要大江大河,不依赖刮风、晒太阳。只要往地下打足够深的井,就可以把地球内部储存的热量提取出来转化为电能。只要地层条件允许,这套发电装置可以二十四小时不间断持续运行,不受季节昼夜影响。对比风电,它没有出力忽高忽低的缺陷;对比水电,它不需要拦河筑坝,不受河流分布约束。
不少人会产生疑问,既然干热岩地热这么有优势,为什么过去没有大规模普及?并不是科学家没有发现,而是过去工程技术达不到要求。干热岩开发要钻进地下几千米的岩层,岩石硬度高,钻探难度大。还要在致密坚硬的地下岩石里面,人工造出裂隙网络,让注入的冷水可以充分和高温岩石接触换热,技术门槛很高。同时地下高温高压环境,对钻井设备、管道材料都是严苛考验,早期建设成本居高不下。
过去很长时间,全球干热岩地热大多停留在科研试验项目,很少实现规模化示范运行。最近这些年,国内钻探技术、储层改造工艺持续突破,我们不再只是停留在理论研究,已经实实在在落地多个干热岩示范项目,一步步解锁这份深埋地下的地球能量。
我们先拿几组客观数据,看懂地热能真实的潜力,不做夸大渲染。根据国内地质调查机构公开的测算数据,中国大陆地下3至10千米深度的干热岩资源,换算成标准煤,资源量十分庞大。当然要分清,资源总量不等于可开采量,地下资源再多,也要受钻井技术、经济成本约束,不能直接等同于马上就能全部拿来发电。
这里要区分清楚一个概念,资源量、可开采资源、实际装机,三者完全不是一回事。很多自媒体会直接拿地下全部资源总量宣传,宣称地热可以取代一切能源,这种说法并不客观。地下储量巨大,但现阶段受技术成本限制,能经济开采的只是其中一部分。
对比风电水电,我们客观看待各自长短。风电的优势在于,国内产业链成熟,建设周期短,陆上风电、海上风电近些年装机增长速度很快,单位造价持续下探。短板就是间歇性,必须搭配储能调节。水电技术成熟,发电稳定,调峰能力优秀,但是优质坝址稀缺。
干热岩地热发电最大核心优势,就是基荷电源属性。什么叫基荷电源,简单说就是可以24小时稳定输出电力,作为电网的基础供电来源。风电光伏属于间歇性能源,电多的时候用不完,电少的时候出力不足,需要火电、储能、水电来兜底。干热岩地热如果规模化发展,可以持续稳定向外送电,不用看天气脸色,能够直接减轻电网调峰的压力。
除了发电之外,地热能还有大量综合利用场景,具备很强实用价值,这也是它区别于很多其他新能源的特点。就算一部分地热项目发电效率不算顶尖,热量同样可以拿来直接使用。
北方不少地区已经在利用浅层地热能进行冬季供暖,通过地源热泵,提取地下恒温层的热量给楼房取暖,夏天反过来把室内热量排进地下实现降温,不用烧煤烧气。深层地热产出的热水,除了发电,还可以供给城市集中供暖,给农业大棚加温,给水产养殖提供恒温水源,还能用于工业烘干。一份地下热量,可以梯级多次利用,先发电,之后余热用来供暖,再剩下的温度供给农业生产,提升整体资源利用效率。
很多人会关心,开发干热岩地热,会不会带来地质风险,会不会诱发地震,会不会污染地下水,这也是大众最关心的现实问题。
干热岩开发过程当中,需要对地下坚硬岩石做储层改造,制造裂隙,部分人会担心诱发地震。客观来讲,储层改造确实会产生微小的微震事件,但是规模普遍非常微弱,仪器才能够监测捕捉,达不到人体感知的级别。正规的干热岩示范项目,都会配套完整的地震监测网络,严格控制施工压力,把微震活动管控在安全阈值以内,这是项目建设运行的硬性标准。它和大型水库蓄水带来的地质影响,还有天然大地震,完全不是同一个量级。
关于地下水污染问题,正规干热岩开发,采用的是闭环循环模式。地面注入的水,在地下岩层裂隙吸热之后,全部通过回采井抽回地面,换热之后再重新打回地下,水一直在封闭循环体系里面流转,并不和浅层饮用水含水层发生互通。钻井过程当中,井壁会设置多层套管做好封隔,隔绝浅层地下水和深层高温岩层,避免不同地层水体互相窜通,以此保护地下饮用水资源。
当然它也不是完美无缺的万能能源,我们不能一味吹捧。干热岩地热现阶段依然存在不少现实短板。第一就是前期投入成本偏高,数千米深度深井钻井造价高昂,一口深井的建设费用就达到很高的水平。现阶段示范项目规模普遍不大,还没有进入大规模商业化普及阶段,只有随着技术迭代、装备国产化、项目批量建设之后,成本才会进一步下降。
第二,不是所有地方都适合开发干热岩。需要地下温度条件达标,同时地层岩石条件适合人工造缝,并不是随便找一块地打井就能出热能。部分区域地下温度够,但是岩层条件复杂,开发难度会急剧上升。
第三,地热项目同样存在损耗,地下热量持续抽取,如果开采强度过大,局部岩层温度会出现下降,需要科学规划开采和回灌的平衡,不能无节制开采热量,要遵循资源可持续开发的原则。
讲完现实利弊,我们再看国内干热岩地热的发展现状。这些年我国多地开展干热岩勘探与示范工程。青海共和盆地,是国内较早开展干热岩勘探的区域,在这里钻成数千米深度高温干热岩钻井,地下岩层温度达到很高水平,完成一系列储层改造试验,开展发电相关的技术验证。山东、福建、四川等地,也陆续推进地热资源勘查,筛选适合干热岩开发的靶区。
除了陆上干热岩,水热型地热也在稳步推进开发。西藏的羊八井地热电站,是国内很早建设的地热发电站,依靠天然地热蒸汽进行发电,运行多年。只不过羊八井属于水热型地热,依靠天然地下热流体,和干热岩人工造储模式不一样。
很多人会混淆两者,水热型地热靠天然现成热水蒸汽,资源地点受限;干热岩是人工制造换热空间,拓展地热开发的地域范围,让很多没有天然温泉的区域,也有机会开发地热资源。
国内现在的思路很清晰,一边持续做技术攻关,优化深井钻探装备、储层改造工艺,降低工程成本;一边建设示范工程,积累实际运行的数据经验,摸索商业化运行模式。现阶段还处在示范验证阶段,短时间内,干热岩地热还不可能直接替代风电光伏水电,但是它可以作为国内清洁能源矩阵当中重要的补充力量。
我国的能源现实国情,我们的国土辽阔,用电体量庞大,不可能依靠单一某一种能源解决全部用电需求。风电、光伏增长速度飞快,装机规模全球领先,但是间歇性短板客观存在;水电开发空间有限;核电稳步发展,选址审批有严格的要求。地热能最大的价值,就是它是为数不多可以二十四小时稳定输出的本土清洁能源。
风光资源白天晚上、四季之间波动起伏,当未来风电光伏装机量越来越大,电网对于稳定基荷电源的需求会越来越高。干热岩地热如果未来实现商业化规模化落地,可以和风光形成互补。白天光伏出力充足,地热可以平稳兜底;夜晚风电波动,地热持续输出电力。多种清洁能源互相搭配,降低整个电力系统对储能的压力,助力我们实现能源转型目标。
除了发电,地热的综合利用,现实价值更加贴近普通人的生活。北方部分城市,利用地热资源替代燃煤锅炉供暖,减少化石燃料燃烧,降低污染物排放。农业大棚使用地热余热,冬季维持棚内温度,反季节种植农作物,提升农户收益。地源热泵技术,已经走进很多小区、办公楼,实现建筑节能供暖制冷。很多人没有意识到,自己生活当中,其实已经在间接享受地热带来的便利。
对比国外发展情况,欧美部分国家很早就开展干热岩的试验研究。但是大多停留在小规模试验项目,真正实现长期稳定运行的大型商业化干热岩电站,全球范围内都不算多。这项技术全世界都还处在探索爬坡阶段,我国依托国土广阔、地质资源条件,加上完整的工业装备体系,有机会在地热赛道上实现技术跟进甚至弯道超车。
当然也要理性看待市场上一些宣传,网上偶尔能看到一些地热相关的噱头项目,大家要学会分辨。地热开发属于重资产地质工程,需要专业地质勘查、严谨的工程设计,不是简单打两口井就能赚钱,民间普通资本盲目入局风险很高。普通老百姓不用幻想地热带来一夜暴富,它更多属于国家能源产业布局层面的事情。
也有不少网友会提出疑问,既然地球内部热量这么多,为什么不大力全面铺开?核心卡点依旧是成本与技术。打几千米深井,对钻头、管材、井下工具损耗很大。人工改造地下岩石储层,如何高效造出均匀裂隙,提升换热效率,降低工程消耗,还有很多工艺细节需要在实际项目当中打磨。示范项目可以不计部分成本完成技术验证,但要推向商业化,必须把度电成本降到具备市场竞争力的水平,这需要时间迭代。
新能源的发展从来都不是一蹴而就。早年风电光伏,同样造价昂贵,经过十几年技术迭代、产业链完善,才走到今天大规模普及的局面。干热岩地热现在所处阶段,就类似早年光伏风电早期的示范探索阶段。我们不能指望短短两三年就遍地建成地热电站,但也不能忽视它长远的潜力。
放眼长远,地热能在我国能源体系里面,定位应该是重要补充清洁能源。风光依旧会是新能源增长主力,地热发挥自身稳定持续的独有优势,在适合的区域,做发电、供暖、农业综合开发。多种清洁能源协同发力,构建更加安全多元的能源结构,降低我们对进口化石能源的依赖,保障国家能源安全。
很多人平时关注新能源,目光大多集中在风电、光伏、储能这些经常上新闻的赛道,地热能常常被大家忽略,被称作隐藏能源,也正是这个原因。它埋藏于地下,没有风机转动的宏大场面,没有大片铺满山坡的光伏板,曝光度不高,却蕴藏着不容忽视的能量。
技术的进步,就是不断把原本沉睡在大自然当中的资源,转化成服务社会的能量。从最早利用水力、风力,到后来开发煤炭石油,再到现在挖掘太阳能,今天我们开始解锁来自地球内部的热量。每一种新能源的崛起,背后都是一套工程、材料、地质科学共同的突破。
未来随着国内干热岩示范项目持续运行,不断积累实测数据,工艺持续优化,钻井装备国产化进一步提升,它的开发成本会逐步往下走。或许再过十年二十年,会有一批地热电站正式接入电网,为千家万户送去稳定电力;更多城市用上地热供暖,减少烧煤燃气,改善人居环境。
但我们依旧要保持清醒,资源潜力不等于现实产能,地质条件约束、经济成本、工程难题,都是绕不开的现实关卡。既不能盲目夸大地热能够一统能源市场,也不应该无视这份来自地球内部的宝藏资源。多元的能源布局,才是长久稳妥的道路。
我们国家地域辽阔,地质环境复杂多样,不同区域适合的能源类型各不相同。沿海发展海上风电,西北大搞风光基地,西南发挥水电优势,有地热条件的区域挖掘地热潜力,因地制宜,各展所长,共同构筑我们的清洁能源版图。
很多普通读者会觉得能源产业离自己生活很远,实际上能源和每个人息息相关。我们日常开灯、手机充电、家电运转,背后都依靠整个庞大电力系统。能源结构越多元、越稳定,我们日常用电就越有保障,同时也能够减少碳排放,改善生存环境。看似遥远的地下地热开发,最终的收益也会落到普通人的生活之中。
在新能源这条赛道上,不只有大家耳熟能详的风光,还有地热能这样低调的选手正在慢慢成长。比风电稳定,比水电不受河流约束,这份深埋地下亿万年的隐藏能量,正在被中国工程技术一点点解锁。至于它未来能走到哪一步,还需要看后续技术迭代和商业化落地的实际表现。
免责声明:本文部分资源数据来源于公开地质调查资料,仅作科普参考。地热开发受地质条件、工程技术多重因素影响,不构成投资建议。
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