“世界上少數(shù)國家研究的增強型地熱系統(tǒng)有巨大潛力，有望在不遠的將來替代人類的基礎能源需求，中國應該也正在開始這一研究。”
一眼高溫地熱井在我國西藏羊八井地熱田放噴試驗，背景廠房是羊八井地熱電廠。
8月19日美國谷歌公司宣布，將向地熱能開發(fā)領域投資1000多萬美元，用于推動地熱能新技術的研發(fā)和應用。這一投資的對象是增強型地熱系統(tǒng)技術，是其尋找比煤更便宜的可再生能源計劃的一部分。谷歌稱，這一新技術使得地熱能的利用潛能拓展了“好幾個數(shù)量級”。
地熱利用，除了為人們所熟知的溫泉，更有取暖、發(fā)電等功效，在能源日益緊張的社會大背景之下，作為可再生能源之一的地熱利用究竟能到什么狀態(tài)？技術發(fā)展又到怎樣的程度？日前，《科學時報》記者專訪了國際地熱協(xié)會理事、中國能源研究會地熱專業(yè)委員會主任鄭克棪。
地熱利用，歷史悠久
地熱能是由地殼抽取的天然熱能，這種能量來自地球內(nèi)部的熔巖，并以熱力形式存在，是引致火山爆發(fā)及地震的能量。地球內(nèi)部的溫度高達7000℃，而在80至100公里的深處，溫度會降至650℃至1200℃。因熔巖涌至離地面1至5公里的地殼，或地下水通過斷裂帶的深循環(huán)，熱力得以被輸送至較接近地面的地方。
鄭克棪介紹，火山、地震、地熱帶在全球的分布主要集中在3個地帶：環(huán)太平洋帶，包括美國西海岸、新西蘭、印度尼西亞、菲律賓、日本以及中國臺灣；大西洋中脊帶，大部分在海洋，北端穿過冰島；地中海到喜馬拉雅帶，包括意大利和我國西藏等。
溫泉在中國各地都有分布。中國人直接利用地熱已有兩千年歷史。公元2世紀，東漢科學家張衡就在《溫泉賦》中描述溫泉可以治病，北魏酈道元的《水經(jīng)注》中也有溫泉灌溉一年三熟的記載。
中國把地熱作為能源使用始于上世紀70年代。當時的世界石油危機，引發(fā)了世界各國對新能源的高度重視。時任地質(zhì)部部長的李四光向全國發(fā)出利用地熱的號召，國家撥款投資勘查，掀起了全國性地熱勘查和開發(fā)利用的熱潮。地熱開發(fā)利用從低溫地熱發(fā)電試驗到房屋供暖、水產(chǎn)養(yǎng)殖、地熱孵化、溫室種植、工業(yè)利用等，遍地開花。
但是，這種發(fā)展勢頭在此后的20世紀80年代便停止了。經(jīng)濟體制逐步向市場經(jīng)濟轉(zhuǎn)軌后，相關研究和勘探因為失去了原來事業(yè)費的支持而受到很大影響。
上世紀90年代，中國社會向市場經(jīng)濟轉(zhuǎn)軌，開發(fā)商突然發(fā)現(xiàn)投資地熱是項很賺錢的事業(yè)。隨著經(jīng)濟社會的繁榮、人民生活水平的提高，地熱旅游和保健休閑出現(xiàn)了新的熱潮。
而現(xiàn)在地熱的能源優(yōu)勢、經(jīng)濟和環(huán)境效益，已經(jīng)在全球得到了充分驗證：目前冰島87％的供暖依靠地熱；在菲律賓電力供應中，2002年地熱已占21%。
“我們目前最迫切的需要是把地熱作為能源利用?！编嵖藯φf。
目前地熱應用分3個層次：150℃至300℃左右為高溫地熱，用于發(fā)電最為劃算；150℃~90℃為中溫，可以發(fā)電及為房屋供暖；90℃以下為低溫地熱，直接利用，可用于洗浴、醫(yī)療，也可以用于供暖以及溫室種植、水產(chǎn)養(yǎng)殖等。其中水產(chǎn)養(yǎng)殖養(yǎng)熱帶品種，優(yōu)點是產(chǎn)量高，比如一般水域一畝每年產(chǎn)出200斤魚，利用地熱養(yǎng)熱帶品種，一年每畝可以產(chǎn)出2萬斤魚。
地源熱泵技術發(fā)揮淺層地熱效力
過去只有高溫地熱可以作為能源利用，現(xiàn)在借助于科技發(fā)展，人們已經(jīng)可以利用地源熱泵技術將淺層地熱用于供暖和制冷。
“利用地源熱泵技術有望解決全國的供暖問題?！编嵖藯φf。
目前來看，天津地熱供暖發(fā)展極快，其地熱供暖面積已占全國地熱總供暖量的70%。
鄭克棪介紹，以2008年7月的價格進行地源熱泵與其他能源供暖方式的運行費用對比，煤、天然氣、輕柴油、電、地源熱泵分別為1∶2.65∶8.48∶5.93∶1.63，也就是說，使用地源熱泵的經(jīng)濟成本僅高于用煤。
過去人們認為25℃以下不叫溫泉，沒有能源利用價值，這一二十年來，人們發(fā)現(xiàn)通過地源熱泵，對甚至5℃、6℃的地下水都可以利用。“利用地源熱泵，耗費1千瓦的電能，產(chǎn)出3~4千瓦熱能，效率在300%~400%。世界都看好這一技術，也因為它本身不產(chǎn)生污染，沒有二氧化碳排放，只是所使用的電在發(fā)電過程中有一部分排放，另外效率高?！?/P>
淺層地熱用于供暖最為合適。比如北京把15℃的地下水抽上來，熱能被用過后，10℃的水從另一眼井灌下去。東北地區(qū)把6℃的水提上來，用后，1℃的水回灌下去。在地下水不豐富的地方，用地埋管的回路也能把巖土中的熱量交換出來。
地源熱泵技術1995年以來在世界以每年遞增20%的速度快速發(fā)展。在瑞典這樣北緯60度的國家都可以借助該技術手段利用地熱，瑞典地源熱泵利用世界排名第二。只是，在美國利用需要打井200米，瑞典則需要打400米深。
中國自2000年開始地源熱泵發(fā)展很快，每年達到50%的發(fā)展遞增速度。5年前中國大約有三五個生產(chǎn)地源熱泵的企業(yè)，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到100多家。沈陽依靠地源熱泵供暖已經(jīng)超過5%，北京使用量的遞增僅次于沈陽。
對地源熱泵技術的利用，中國已經(jīng)排到世界第三。
地熱發(fā)電，潛力巨大
“在我國提倡節(jié)能、減排的形勢下，地熱能資源潛力豐富，地熱發(fā)電技術成熟，雖投資成本略高，但可以做到具有競爭力的商業(yè)性應用，在我國能源結(jié)構中發(fā)揮作用?！编嵖藯Ρ硎尽?/P>
20世紀70年代，我國曾建成7個中低溫地熱發(fā)電廠，但在“技術上可行、經(jīng)濟上不可行”的觀點下，其中5處陸續(xù)關停。今天反思這段歷史，鄭克棪覺得這是歷史性的偏見：地熱發(fā)電，投資約1萬元人民幣建1千瓦裝機，有些地方還低于這一成本，將此與燃煤電廠幾千元建1千瓦的裝機來說是投資成本高了，但是，中低溫地熱發(fā)電的優(yōu)勢在于：沒有污染，可以減排。太陽能光伏發(fā)電10萬元裝一個1千瓦，成本是地熱的10倍，同時太陽能電池板生產(chǎn)過程中還有耗能和污染排放。
“地熱發(fā)電技術成熟，雖投資成本稍高，但替代和節(jié)省了常規(guī)能源，減少污染；再從國際原油價格的飛漲看，肯定是具有競爭力的；何況像太陽能光伏發(fā)電那樣高昂的初投資和低利用率的技術也都在發(fā)展和應用?！编嵖藯φf。
中國藏滇地熱帶有高溫地熱資源分布，可以用于地熱蒸汽發(fā)電；中國中低溫地下熱水直接利用的能量居世界第一，其中的溫度較高者，可以先發(fā)電，再將排水作綜合利用。
鄭克棪介紹，地熱發(fā)電有3種方式：利用高溫地熱蒸汽發(fā)電；中低溫地下熱水發(fā)電；增強地熱系統(tǒng)的開發(fā)。
今年3月，一份名為《地熱資源的將來》的研究報告引起了美國能源部的震驚。美國麻省理工學院（MIT）完成了這份歷時3年的研究報告，提出到2050年，通過增強型地熱系統(tǒng)（或稱工程性地熱系統(tǒng)，即以前所說的干熱巖）可以提供1億千瓦發(fā)電的基礎容量?！斑@相當于美國目前年用電量的10% ?！编嵖藯忉尅?/P>
增強型地熱系統(tǒng)是潛力巨大的本土化資源，不像現(xiàn)在開發(fā)的水熱型高溫地熱那樣受地域限制，而且該清潔能源招致的環(huán)境影響最小，該技術的商業(yè)化可望在10~15年內(nèi)實現(xiàn)。該報告估算全美國增強型地熱系統(tǒng)資源可開采量相當于美國2005年基本能源消費量的2000倍。
增強型地熱系統(tǒng)在世界上已有30多年的研究歷史，世界上有8個國家投入了增強地熱系統(tǒng)研究——美、英、法、德、瑞典、日本、澳大利亞和中國。為達到商業(yè)性開發(fā)目標，3000~5000米鉆井技術和熱電轉(zhuǎn)換技術等都作過研究。在這種俗稱干熱巖的巖體中，通常只有熱，沒有裂隙或孔隙，沒有滲透性，沒有地熱流體，所以須靠井下壓裂，在高溫巖體中造出人造裂隙，連通地下網(wǎng)絡，便可以從一眼井灌入冷水，從另一眼井中產(chǎn)出高溫流體了。
“過去我國僅有少數(shù)學者發(fā)表了論文或著作，探討了這一領域，但并沒有實地開展這一研究。2007年中國能源研究會地熱專業(yè)委員會與澳大利亞一公司簽訂了合作協(xié)議，共同承擔‘中國工程型地熱系統(tǒng)資源潛力的研究’項目，中澳專家已聯(lián)合在一些可望有潛力的選定地區(qū)開展了初步調(diào)查，采集了一些試驗樣品，進一步的分析測試、模型研究等工作正在進行之中。”鄭克棪表示。
地殼30公里厚，增強地熱系統(tǒng)在3000米至5000米，僅僅是地殼的1/10至1/6深處。在地球內(nèi)部更深處、更高溫的地熱，人們現(xiàn)在還沒有利用。
“在地熱直接利用中，在開采地熱水時，人工補給回灌是必須的，這樣才能保證可持續(xù)利用?！编嵖藯娬{(diào)：“北京、天津等是地熱管理部門兼顧地上地下系統(tǒng)，從技術等方面能夠保證對地熱資源的可持續(xù)使用。但也有一些地方的地熱開采是由管理地表水的機構管理，缺少地熱資源合理利用的概念，其地熱資源可持續(xù)利用前景堪憂?！?/P>
