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【中国科学报】地热能有望“后卫”转“前锋”
2021-03-26 | 作者:转自:中国科学报 | 【 】【打印】【关闭

作者:田瑞颖 来源:中国科学报 发布时间:2021/3/22

  “随着国家对深层地热能的重视度越来越高,未来地热能有望从原来的‘后卫’转为‘中锋’或‘前锋’。”中国科学院地热资源研究中心主任庞忠和近日在接受《中国科学报》采访时说。

  此前,美国佛罗里达理工大学等高校的科研人员在《欧洲物理杂志》发布论文称,通过浅井获得的地热效能会随着时间推移逐渐降低,可能在几十年内失效,如果技术和资金允许,应考虑更深的钻探。

  不过,庞忠和指出,在高温地热发电和深层地热能开发利用技术方面,欧美等发达国家已经研究了近50年,而我国刚刚起步,与国外尚存差距。

  “要想迎头赶上,一方面必须加强基础研究,另一方面还要让基础研究为产业服务。”庞忠和说。

  地球“充电/热宝” 

  面对“2030年前碳达峰,2060年前实现碳中和”的奋斗目标,地热能作为清洁非碳基可再生能源迎来空前的发展机遇。近日出台的《国务院关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》明确指出,要因地制宜发展地热能,加快大容量储能技术研发推广。

  为进一步推动我国地热地质学和深层地热能的发展,3月19日,国家自然科学基金委员会“地热地质学与深层地热能”方向战略研究项目联合启动会在中国科学院地质与地球物理研究所召开,会议由中国科学院院士汪集暘主持,多位专家共同“把脉”我国地热能的高效利用和可持续发展。

  作为“深层地热能的地球科学问题研究”项目负责人,庞忠和指出,地下“储能”是地热能未来发展的重要方向之一,通过将各种余热回灌至地下空间存储,可有效发挥地热能作为连续稳定基础负荷的作用。“好比是将原来的一次性电池改为可充电循环电池,解决能源的规模化长期存储问题”。

  中国地质大学(北京)教授李克文直言:“仅依靠现在的风能太阳能等作为清洁能源,我国很难在规定时间内实现碳中和,必须大力开发和利用地热能。”

  实际上,早在2018年李克文团队就提出了“零碳中国”的构想,还为此研究了实现“零碳中国”的可行性和技术路线,并在热伏发电等技术的基础上开始了零碳建筑的有关研究,获得了相关的国家发明专利授权。

  国务院新闻办公室发布的《新时代的中国能源发展》白皮书指出,目前我国地热产业在热利用总量上已位居世界第一,截至2019年底,我国浅层和中深层地热能供暖建筑面积超过11亿平方米。“人均1平方米的地热供暖面积还是太少了,未来仍有巨大的发展空间。”庞忠和表示。

 

位于四川省金沙江断裂带上的热坑地热田 庞忠和供图 

  开展前瞻性研究 

  2017年,国家发展改革委、国土资源部及国家能源局共同编制的《地热能开发利用“十三五”规划》正式发布,我国地热产业迎来“第二个春天”,逐步走上高质量发展之路。

  “对于地热能开发利用,不仅要突破当下的技术瓶颈,更要从现在开始探讨未来可能被‘卡脖子’的技术。”李克文告诉记者。

  庞忠和表示,实现地热的弯道超车不能开展重复简单的研究,必须找出世界前沿性问题,找出当前我国地热的重大需求和瓶颈问题。此外,还要利用好现有研究能力,认清我国地热研究队伍、平台、研究积累等实际情况。

  为此,他建议要进一步加强青藏高原及周边地热资源研究,梳理地热开采的关键地学问题,破解深部地热能开发利用“卡脖子”技术难题,揭示新生代重大构造—热事件对深层地热能的影响,开展深层地下高温储能系统的关键问题研究等。

  “深层地热开采的诱发地震研究是国际研究热点,虽然我国在这方面已有一定积累,但还需针对复杂地热岩体动力破坏规律与破坏准则、多场耦合条件下断裂活化与扩展规律、诱发地震的多场耦合扰动过程与主控因素等关键科学问题进行梳理,并结合国家战略需求制定2025年深部地热中的诱发地震研究方向框架。”庞忠和指出。

  “中国西南地区高温水热型地热资源研究与开发利用的发展战略”项目负责人、中国地质大学(武汉)教授郭清海表示,水热型地热资源是目前人类主要开发利用的对象,国际上大型地热电站的建设均首选高温水热型地热区,截至2018年10月,全球地热发电总量达14369MW,绝大部分来自于高温水热系统的贡献。

  在他看来,高温水热型地热资源比中、低温水热型地热资源在理论研究和开发利用方面更具价值和采能效率。此外,在当前经济技术条件下,高温水热型地热资源比干热岩型地热资源的开发和利用更具普遍性和可行性。

  郭清海指出,我国水热型地热资源分布不均匀,尤其是高温水热型地热资源主要分布于西南部的藏南、滇西、川西一带以及东南部的台湾。

  “要查明高温水热型地热资源的分布规律,高温水热系统的形成机制研究是关键所在。此外,还要查明我国西南地区高温水热系统已完成调查和研究工作的薄弱环节,理清其勘查和开发利用技术的发展瓶颈。”郭清海强调说。

  亟需加强政策扶持 

  近年来,我国在地热能技术研发上的投入逐渐增加,但制约地热能发展的因素仍然存在,其中高成本是让众多投资商望而却步的重要原因。

  一块银色的薄板,只要将手放在上面即可产生电流,记者体验了李克文团队最新研发的热伏发电成果。“只要有温差,就能将热能转化为电能。”李克文说。

  多年来,李克文团队一直关注地热能研究与产业的对接,他坦言,“高成本的高温钻井仍然是地热能开发利用的重要制约因素,政府应该加大补贴等支持力度,同时在制定相关政策时关注技术的延展性,过细过严都不利于新技术的发展。”

  “我国地热研究人才十分短缺,应该尽快完善从本科、硕士生到博士生系统性的地热能教学体系。为此,中国地质大学(北京)经教育部批准,新成立了与地热有关的本科生专业。当然,也要避免盲目跟风开设地热学科专业。此外,国家和社会还应该营造正确的舆论氛围,提高年轻人的薪资待遇,引导更多的年轻人走进地热等制造业。”李克文表示。

  对于“十四五”时期如何更好推动地热能高效开发利用,汪集暘和庞忠和从体制和政策方面提出了5点建议,一是把“政策供暖线”边界由黄河为界调整到以长江为界;二是推广“特许经营权”等有效的市场准入模式,基于开放提高产业发展质量;三是为地热发电提供电价补贴,改变我国地热发电的落后局面;四是基于地热能的可再生能源本质属性,落实免税政策;五是改革地热矿权管理机制,形成适合地热流体矿产的新机制。

  此外,他们还指出“十四五”要面向未来支持新的研究方向,壮大地热能战略科技力量。重点支持地下“储能”等“前置”技术研发,发展优势互补的综合能源系统。“前锋”与“后卫”呼应,形成倍增效应和全天候保障能力。

  
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