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當(dāng)前，世界能源面臨嚴(yán)重危機(jī),，環(huán)境問題也日益嚴(yán)峻,，發(fā)展儲(chǔ)藏量大且環(huán)境友好的新型替代能源受到了各國(guó)重視,。地?zé)豳Y源以其蘊(yùn)含豐富,、高清潔性、運(yùn)行穩(wěn)定和空間分布廣泛,，已成為世界各國(guó)加速研究和開發(fā)的新型清潔能源,。美國(guó)是全球最先提出運(yùn)用增強(qiáng)型地?zé)峒夹g(shù)發(fā)電的國(guó)家，也是全球開展增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)（EGS）工程數(shù)量最多的國(guó)家,。2022年9月9日,，美國(guó)能源部又宣布啟動(dòng)新的“能源攻關(guān)計(jì)劃”（Energy Earthshots），大力推動(dòng)EGS發(fā)展,，目標(biāo)是2035年將其成本降低90%,，達(dá)到每兆瓦時(shí)45美元。我國(guó)是地?zé)豳Y源豐富的國(guó)家,，但相關(guān)研究和實(shí)踐起步較晚,，我應(yīng)高度關(guān)注這一重要的科技動(dòng)向，充分吸取國(guó)外先進(jìn)的地?zé)衢_發(fā)經(jīng)驗(yàn),，加強(qiáng)我國(guó)地?zé)豳Y源探勘和地?zé)崮軕?yīng)用,，制定相關(guān)扶持政策，為我國(guó)清潔能源轉(zhuǎn)型提供更有力的支撐,。
一,、增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)的簡(jiǎn)況 美國(guó)能源部（DOE）將增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)（EGS）定義為：“采用人工形成地?zé)醿?chǔ)層的方法，從低滲透性巖體中經(jīng)濟(jì)地采出探層熱能的人工地?zé)嵯到y(tǒng)”,。EGS技術(shù)由三個(gè)部分組成：分別是注入井,、采出井、發(fā)電和輸電系統(tǒng),。其工作原理首先是鉆注入井,，通過(guò)打出的注入井向地下儲(chǔ)層內(nèi)注入高壓水（壓裂技術(shù)）,，迫使巖石開裂從而形成具有滲透性的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；其次,，工作人員根據(jù)壓裂的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)確定采出地?zé)岬奈恢?，鉆探采出井；一般采取一注一采,、一注多采或多注多采等開發(fā)模式,。水、二氧化碳等低溫介質(zhì)通過(guò)注入井注入地下網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)后,，低溫介質(zhì)吸收高溫巖體熱能并從采出井采出,，然后經(jīng)過(guò)地面發(fā)電系統(tǒng)將熱能轉(zhuǎn)化為電能，通過(guò)輸電系統(tǒng)輸送給用戶,。據(jù)統(tǒng)計(jì),，美國(guó)、英國(guó),、法國(guó),、日本、德國(guó)和澳大利亞等國(guó)家均開展了EGS研究,，并建立了一批研究試驗(yàn)基地,，目前全球在建及投入運(yùn)行的EGS工程已達(dá)30個(gè)，正在運(yùn)行的有5個(gè),，總裝機(jī)容量為12.2兆瓦,。 整體來(lái)看，EGS尚處于起步階段,，還未實(shí)現(xiàn)規(guī)?；⑸虡I(yè)化運(yùn)行,，主要原因是受技術(shù)和成本限制,，還有一定的路要走。技術(shù)方面,，一是缺乏可控人工造縫調(diào)控技術(shù),，導(dǎo)致地下網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)差，采熱效率低,；二是對(duì)地下滲流,、傳熱、介質(zhì)變形,、水巖反應(yīng)等機(jī)理的認(rèn)識(shí)還不夠明確,，缺乏地?zé)醿?chǔ)層數(shù)值模擬技術(shù)；三是缺乏井筒熱介質(zhì)高效提取技術(shù),，熱介質(zhì)進(jìn)入采出井時(shí)的溫度較高,，采出井底部和地面發(fā)電系統(tǒng)壓力差大,，導(dǎo)致介質(zhì)發(fā)生閃蒸相變現(xiàn)象，極大影響井內(nèi)熱介質(zhì)的高效提??；四是地上發(fā)電模式眾多，但具體適用EGS的并不明晰,，現(xiàn)有裝備仍存在熱電轉(zhuǎn)換效率低的問題,。成本方面，DOE測(cè)算,，EGS發(fā)電成本每兆瓦時(shí)約500美元,，與核電30美元、光伏32美元,、煤電36美元等相比,，發(fā)電成本高昂。
二,、美國(guó)EGS研發(fā)現(xiàn)狀 美國(guó)是全球開展EGS工程數(shù)量最多的國(guó)家,，早在1973年，美國(guó)便在Fenton Hill建立了EGS示范研究場(chǎng)地,。截至目前,，美國(guó)已開展了Raft River項(xiàng)目,、Newberry項(xiàng)目,、Northwest Geysers項(xiàng)目、Milford項(xiàng)目,、Coso項(xiàng)目,、Bradys項(xiàng)目、Desert Peak項(xiàng)目,、Southeast Geysers項(xiàng)目等,。其中Raft River項(xiàng)目在采熱發(fā)面，Newberry項(xiàng)目在壓裂技術(shù)方面都走在世界前列,，起到了示范作用,。 Raft River項(xiàng)目位于美國(guó)西部愛達(dá)荷州與猶他州交界地區(qū)，是美國(guó)增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)示范工程,。在20世紀(jì)70年代,，美國(guó)在該地區(qū)建立了世界上第一個(gè)雙循環(huán)地?zé)岚l(fā)電站，裝機(jī)容量為7兆瓦,。該地?zé)岚l(fā)電站在1982年成功運(yùn)行了近8個(gè)月,，凈輸出功率為4兆瓦，但由于成本太高無(wú)法滿足商業(yè)生產(chǎn)要求而被迫關(guān)閉,。2002年,，美國(guó)地?zé)峁荆℅eothermal）獲得Raft River地?zé)崽锏拈_發(fā)使用權(quán),，對(duì)原有的井進(jìn)行清理、加深及變道工作,，并安裝了新的雙循環(huán)地?zé)岚l(fā)電站,，裝機(jī)容量13兆瓦。該地?zé)岚l(fā)電站于2007年進(jìn)行商業(yè)發(fā)電并運(yùn)行至今,，采熱深度1719-1725米,，熱儲(chǔ)溫度約150℃，該項(xiàng)目通過(guò)儲(chǔ)層壓裂,，使注入量增加了約28倍,，達(dá)到了商業(yè)化運(yùn)行規(guī)模。該項(xiàng)目得到DOE“地?zé)崮苎芯壳把夭t望臺(tái)”（FORGE）支持,，DOE還向桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)和猶他大學(xué)投資2900萬(wàn)美元,，進(jìn)行EGS尖端技術(shù)研究。未來(lái),，Raft River地?zé)崽锘蜃鳛槊绹?guó)EGS尖端研究,、鉆井和技術(shù)測(cè)試的“實(shí)驗(yàn)田”，其成功經(jīng)驗(yàn)將被推廣,，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模EGS開發(fā),。 Newberry項(xiàng)目位于美國(guó)Origon州Bend市以南，2010年,，在DOE的授權(quán)下,，AltaRock能源公司與Davenport Newberry合作開展了Newberry EGS示范工程。在開發(fā)階段,，研究人員使用水力壓裂進(jìn)行了超過(guò)200次微震工作,，震級(jí)在0-2.5級(jí)之間。通過(guò)使用最先進(jìn)的微震監(jiān)測(cè)技術(shù)和TZIM壓裂技術(shù),，可以準(zhǔn)確地判斷儲(chǔ)層內(nèi)裂隙的分布情況,，為后續(xù)工作提供重要支持。TZIM壓裂技術(shù)使用一種熱降解區(qū)域隔離材料,，通過(guò)對(duì)已有裂隙進(jìn)行暫時(shí)封堵,，達(dá)到降低壓裂液的漏失、維持井內(nèi)壓力和增強(qiáng)剪切壓裂的效果,，同時(shí)在壓裂結(jié)束后,，地層的高溫會(huì)逐漸將封堵材料降解成較小的碎塊隨液體排出，維持原來(lái)地層中裂隙的連通性,，從而更加高效,、環(huán)保。Newberry項(xiàng)目也為美國(guó)EGS發(fā)展起到了重要示范作用,。
三,、美國(guó)推出一系列EGS計(jì)劃,，加速EGS發(fā)展 近期，美國(guó)強(qiáng)化推動(dòng)EGS計(jì)劃,，其對(duì)EGS高度重視值得關(guān)注,。 2022年4月19日，DOE向公眾發(fā)布信息,，請(qǐng)求公眾為拜登政府《兩黨基礎(chǔ)設(shè)施法案》投資8400萬(wàn)美元建設(shè)4個(gè)EGS項(xiàng)目提供支持,。 2022年7月28日，DOE啟動(dòng)“石油和天然氣示范工程下的地?zé)崮茉础保℅EODE）計(jì)劃,，擬投資1.65億美元推動(dòng)地?zé)崮馨l(fā)電項(xiàng)目,。DOE希望利用石油和天然氣行業(yè)的專業(yè)知識(shí)解決開發(fā)地?zé)崮艿睦щy，使美國(guó)擺脫對(duì)化石燃料的依賴,，到2050年使地?zé)崮馨l(fā)電裝機(jī)量60吉瓦,、占美國(guó)總發(fā)電量的8.5%以上。DOE將提供1000萬(wàn)美元組建一個(gè)研究地?zé)崮軉栴}的專家聯(lián)盟,，在未來(lái)四年再提供1.55億美元用于地?zé)崮馨l(fā)電的研究,。 2022年8月15日，DOE在FORGE計(jì)劃下,，向EGS及相關(guān)5個(gè)領(lǐng)域的17項(xiàng)技術(shù)提供4400萬(wàn)美元支持,，推進(jìn)相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新。其中5個(gè)領(lǐng)域分別是：地震活動(dòng)監(jiān)測(cè),、新型儲(chǔ)層增產(chǎn)技術(shù),、EGS排熱效率實(shí)驗(yàn)、維持EGS儲(chǔ)層中流動(dòng)的介質(zhì),，以及可在隔離井筒內(nèi)區(qū)域承受高溫的工具,。 2022年9月9日，DOE再宣布啟動(dòng)新的“能源攻關(guān)計(jì)劃”,，大力推動(dòng)EGS發(fā)展，計(jì)劃到2035年使其成本降低90%,，達(dá)到每兆瓦時(shí)45美元,。DOE表示，美國(guó)擁有5太瓦的地?zé)崮苜Y源,，可滿足全球電力需求,，只是受技術(shù)和成本等限制，目前地?zé)崮軆H生產(chǎn)了3.7吉瓦電力,。除發(fā)電外,，EGS還可廣泛應(yīng)用于地?zé)峁┡椭评涞取,！澳茉垂リP(guān)計(jì)劃”是美國(guó)能源部重要的創(chuàng)新計(jì)劃,，DOE后續(xù)還將推出一系列新計(jì)劃,，實(shí)現(xiàn)“能源攻關(guān)計(jì)劃”設(shè)立的目標(biāo)。
四,、美國(guó)大力推動(dòng)EGS發(fā)展對(duì)我的啟示 我國(guó)地?zé)岚l(fā)電技術(shù)的探索起步不算晚,，在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代曾建立了一些地?zé)犭娬荆?0年來(lái)發(fā)展緩慢,，在主要國(guó)家中處于落后的局面,。目前，阻礙我國(guó)地?zé)崮馨l(fā)展的主要問題包括：（1）我國(guó)對(duì)地?zé)豳Y源開發(fā)利用重視程度低,，勘查投入不足造成我國(guó)地?zé)豳Y源數(shù)據(jù)積累較差,，現(xiàn)有資源分布的數(shù)據(jù)十分缺乏；（2）我國(guó)地?zé)崮墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展扶持政策不明朗,、不充分,，地?zé)岚l(fā)電的電價(jià)政策優(yōu)惠力度不足，需要國(guó)家制定有效引導(dǎo)和激勵(lì)政策,。 我國(guó)地?zé)豳Y源豐富,，發(fā)展前景廣闊，地?zé)崮艿睦脤?duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有重要作用,。因此,，建議：（1）與重視和扶持風(fēng)能、太陽(yáng)能等其他可再生能源一樣重視地?zé)崮馨l(fā)電技術(shù),，參照其他可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策給予地?zé)岚l(fā)電上網(wǎng)電價(jià)補(bǔ)貼,，鼓勵(lì)和吸引更多企業(yè)和資金投入到地?zé)岚l(fā)電項(xiàng)目的研究和開發(fā)中來(lái)；（2）我國(guó)石油工業(yè)的歷史比較悠久,，技術(shù)很成熟,，我應(yīng)組織石油工程領(lǐng)域的成熟經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)應(yīng)用在EGS開發(fā)中，推動(dòng)地?zé)崮馨l(fā)展,；（3）礦山資源開發(fā)和工程建設(shè)中常遇到高溫“熱害”,，與地?zé)徇\(yùn)用相同，我應(yīng)積極發(fā)展熱害資源化利用技術(shù),，推動(dòng)“礦-熱共采”及工程建設(shè)中的“熱害資源化”利用,。 參考文獻(xiàn)： [1]許天福,胡子旭,李勝濤,姜振蛟,侯兆云,李鳳昱,梁旭,馮波.增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng):國(guó)際研究進(jìn)展與我國(guó)研究現(xiàn)狀[J].地質(zhì)學(xué)報(bào),2018,92(09):1936-1947. [2]鞏亮,韓東旭,陳崢,汪道兵,焦開拓,張旭,宇波.增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].天然氣工業(yè),2022,42(07):135-159. 作者簡(jiǎn)介 張宇麒 國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心國(guó)際技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所研究五室，三級(jí)分析員 研究方向：能源領(lǐng)域前沿技術(shù)研究跟蹤及產(chǎn)業(yè),、政策研究 |
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來(lái)自： 全球技術(shù)地圖 > 《待分類》
