2.1 走向世界的中國(guó)地?zé)嵩趪?guó)內(nèi)的囧景

中國(guó)自2000年拿下地?zé)嶂苯永檬澜绲谝缓?，迄今一直保持，并進(jìn)一步發(fā)揚(yáng)光大，在此后的每5年統(tǒng)計(jì)中，中國(guó)的5年增長(zhǎng)率依次為44%、66%、131%和154%，2020年中國(guó)地?zé)嶂苯永玫臒崃空际澜缈偭康?3.4%，絕對(duì)穩(wěn)居世界霸位。

但是，在國(guó)內(nèi)的可再生能源發(fā)展大潮中，地?zé)崾冀K只是不起眼的小弟弟。我國(guó)“十一五”國(guó)家重點(diǎn)支持風(fēng)能，風(fēng)力發(fā)電增加了670倍;“十二五”國(guó)家重點(diǎn)支持太陽(yáng)能，太陽(yáng)能發(fā)電增加了100倍;然而“十三五”國(guó)家重點(diǎn)支持地?zé)崮?，地?zé)岚l(fā)電僅增加了46%，只完成了計(jì)劃指標(biāo)的4%。

2.2 資源條件制約了決策者

為什么中國(guó)地?zé)岚l(fā)電壯大不起來(lái)呢?政府高層決策者常說(shuō)的一句話是“你地?zé)崮屈c(diǎn)量太小了”，這確實(shí)有一定道理。

雖然中國(guó)地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)給出了水熱型地?zé)豳Y源儲(chǔ)量折合8530億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，但這些儲(chǔ)量大多是中低溫地?zé)豳Y源，還不代表全能取出，作為利于發(fā)電利用的高溫地?zé)豳Y源30年發(fā)電潛力僅8459兆瓦(2020年全國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)已87300兆瓦)，而且很多高溫地?zé)豳Y源分布在交通條件較差的西藏、滇西山區(qū)。另外說(shuō)干熱巖資源相當(dāng)于860萬(wàn)億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的說(shuō)法，但目前技術(shù)能采出的量微乎其微，進(jìn)展也甚慢。

2.3 技術(shù)難度仍有待應(yīng)對(duì)克服

地?zé)豳Y源隱藏在地下深部，不像風(fēng)能和太陽(yáng)能在地面就可測(cè)量。尤其高溫地?zé)崽锒际橇严稛醿?chǔ)，不像層狀熱儲(chǔ)可保障高成井率，雖然鉆井前的地球物理勘查做精做細(xì)，多種方法中還用上了人工地震高精度解釋斷裂位置，但不少高溫井鉆探仍然失敗。中石油長(zhǎng)城鉆井公司在肯尼亞高溫鉆井的成井率創(chuàng)世界先進(jìn)，但他們?nèi)杂贸皖l地震物探選井的方法，在東非其它地方不全成效。

還有設(shè)備方面，我國(guó)最新建成的西藏羊易地?zé)犭娬居玫氖沁M(jìn)口名牌奧瑪特發(fā)電設(shè)備，年運(yùn)行8500小時(shí);其前的羊八井地?zé)犭娬居玫膰?guó)產(chǎn)發(fā)電設(shè)備，扣除維護(hù)保養(yǎng)后的年運(yùn)行6000小時(shí)，這是技術(shù)差距。

3. 地?zé)峤窈笤撛趺崔k

3.1 曾寄厚望的干熱巖進(jìn)展不大

科學(xué)家對(duì)干熱巖的研究已歷50年，雖然一直被看作前瞻性地?zé)豳Y源前程無(wú)量，但迄今的進(jìn)展不大。曾經(jīng)在2006年美國(guó)麻省理工學(xué)院《地?zé)崮艿奈磥?lái)》研究報(bào)告描繪了EGS的龐大前景，掀起了世界新一波高潮，也確實(shí)于2011年法國(guó)蘇爾茲實(shí)現(xiàn)了兆瓦級(jí)(1.5MW)發(fā)電，接著2012年德國(guó)實(shí)現(xiàn)了蘭道3MW和印希姆5MW發(fā)電，再接著又有美國(guó)1.7MW和澳大利亞1MW，這幾年的飛躍似乎一下子突破了關(guān)鍵，馬上就可全面推廣了。然而甚為遺憾，最近幾年幾無(wú)新進(jìn)步。

2020年世界地?zé)岽髸?huì)因疫情推遲了一年，剛在冰島閉幕，大會(huì)論文報(bào)告，至2019年世界干熱巖共64處試驗(yàn)，涉20個(gè)國(guó)家，中國(guó)列第63個(gè)在青海“進(jìn)行中”。EGS技術(shù)成功35處，發(fā)電8例，其中兆瓦級(jí)發(fā)電6處，共13.2MWe，仍在運(yùn)行11.2MWe。但2016年后未有新建增長(zhǎng)，美國(guó)實(shí)施了FORGE計(jì)劃支持，期望不借用水熱型+壓裂，能創(chuàng)建出硬碰硬的人造致裂系統(tǒng)，以利廣泛可復(fù)制推廣，但僅見(jiàn)少量研究成果報(bào)告，未有新增的EGS發(fā)電實(shí)例。

3.2 期望退一步的突破(換熱)

近些年的EGS深化研究沒(méi)有突破性的成果，似乎反而引發(fā)了對(duì)初衷的質(zhì)疑，因?yàn)樽畛跏钦f(shuō)高溫水熱型地?zé)豳Y源嚴(yán)格受特定地?zé)岬刭|(zhì)條件的制約，因此寄希望于干熱巖到處可以開(kāi)發(fā)的廣泛前景。然而，世界的幾十處試驗(yàn)結(jié)果，說(shuō)明了如英國(guó)那樣90℃的資源條件，能換出的熱量太小了，相對(duì)于昂貴的鉆井成本，就失去了開(kāi)發(fā)意義，因此必須提高干熱巖的品位下限，有提出4000m深度150℃，但更多的主張180℃。這樣，就把原來(lái)劃歸干熱巖的資源削去了一大塊。

還有，原來(lái)設(shè)想的壓裂技術(shù)，要在地下巖體中造出數(shù)立方千米體積的人造裂隙系統(tǒng)實(shí)在是太難了，于是不少專(zhuān)家提出了就靠鉆井的換熱技術(shù)吧，有U型對(duì)接井，有上部500m大口徑井往下鉆十幾個(gè)分叉井，有2口直井在井底鉆出幾個(gè)水平連接的叉井……。這類(lèi)試驗(yàn)還在進(jìn)行中，換出的熱量不夠，只能借助周?chē)h(huán)境能有高地溫，再加上熱泵。

3.3 地?zé)?儲(chǔ)熱可以解困突圍

還有什么解困之法呢?有!而且應(yīng)該更靠譜些，就是儲(chǔ)熱技術(shù)。太陽(yáng)能和風(fēng)力發(fā)的電，受上網(wǎng)限額之外成為“棄電”，要儲(chǔ)電很難，要技術(shù)，要設(shè)備，體積也不可能無(wú)限大。但是地下儲(chǔ)熱相對(duì)容易得多，一個(gè)地?zé)崽?，小到?shù)平方千米，大到數(shù)百平方千米，如此龐大的地下空間與“儲(chǔ)電”設(shè)施相比簡(jiǎn)直是無(wú)限大。

意大利國(guó)家電力公司ENEL在美國(guó)內(nèi)華達(dá)州斯蒂爾沃特地?zé)犭娬緦?shí)施的聯(lián)合發(fā)電，2009年組合了太陽(yáng)能光伏，2015年又組合了太陽(yáng)能熱發(fā)電，它們給地?zé)岚l(fā)電因中午環(huán)境溫度增高而致的效率降低很好實(shí)現(xiàn)了發(fā)電增效。后來(lái)項(xiàng)目接著考慮了利用太陽(yáng)能儲(chǔ)熱的進(jìn)一步增效，但尚未見(jiàn)到它們實(shí)施進(jìn)展的報(bào)告。

圖2 超超臨界地下儲(chǔ)熱發(fā)電設(shè)想

2020年世界地?zé)岽髸?huì)有論文提出了地下儲(chǔ)熱超超臨界發(fā)電的研究設(shè)想(圖2)。計(jì)劃利用廣大地面的太陽(yáng)能集熱(如太陽(yáng)能熱發(fā)電)，將聚熱塔收集的高熱不是當(dāng)即用于發(fā)電，而是將高熱儲(chǔ)存到地下熱儲(chǔ)。水的超臨界點(diǎn)是溫度374℃和壓力220巴，太陽(yáng)能聚熱溫度可高達(dá)600℃構(gòu)成超超臨界，這樣的高熱補(bǔ)充和增強(qiáng)了現(xiàn)有的高溫?zé)醿?chǔ)，用來(lái)發(fā)電就比現(xiàn)有的地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)效率更大大提高了?，F(xiàn)有地?zé)崽锏牡叵聼醿?chǔ)是天然的，不需要干熱巖那樣靠壓裂來(lái)人造熱儲(chǔ)(太困難了);現(xiàn)有熱儲(chǔ)的溫度不夠高，就靠太陽(yáng)能聚熱來(lái)注入增溫。該設(shè)想已經(jīng)用數(shù)學(xué)模型擬合，是有可能實(shí)現(xiàn)的，這樣就增加了原顯不夠的地?zé)豳Y源，就可以充分發(fā)揮“地?zé)?”的效益了。

中國(guó)地?zé)岷褪澜绲責(zé)嵋粯樱夹枰谐R界儲(chǔ)熱這樣的創(chuàng)新，來(lái)引領(lǐng)地?zé)岙a(chǎn)業(yè)的大規(guī)模發(fā)展，從而更有能力在實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)任務(wù)中承擔(dān)起更大責(zé)任。

(作者系中國(guó)技術(shù)監(jiān)督情報(bào)協(xié)會(huì)地?zé)岙a(chǎn)業(yè)工作委員會(huì)專(zhuān)家委員會(huì)主任)