世界各国对地热能的利用现状

【专家解说】：1 　地热能发电利用 　　世界上有20多个国家应用地热流体发电,截止到1992年底,地热发电总装机容量达 6 275MW ,其中美国、菲律宾、墨西哥、意大利、新西兰、日本、印度尼西亚、萨尔瓦多地热发 电总装机容量均大于100MW[1 ] 。世界地热发电总装机容量在1944～1960 年增加7. 9 %; 1978～1985 年间增长速度最快,年平均增长率为17. 2 % ,在这一时期,新增7 个国家利用地 热发电,总数达到17 个国家;1985～1992 年新增4 个国家。80 年代,由于1973 年和1979 年世界范围内的石油危机,应用地热流体发电的投资迅速增加。 地热能发电利用的一大益处在于,它可以很经济地建立相对较小的发电机组(与水力发 电相比) 。在一些电力市场较小的发展中国家,建立15～30MW 的地热电站比建立100～ 200MW的水力发电站要容易的多。由于在地热系统中,地下流体的运移距离很大,且地热 能发电需要的水量也很小,因此地热发电非常稳定,它不受月或年降水量大小的影响。 地热发电有3 种类型,即干蒸汽、湿蒸汽或扩容蒸汽和中间介质。干蒸汽电站应用蒸汽 热储发电,将蒸汽从井中直接传输到发电机组,这类热田单机组发电为35～120MW ,在印 度尼西亚、意大利、日本以及美国均建有此类电站,这些电站的总发电量占地热能总发电量 的一半。世界上大多数地热田属液态热储,湿蒸汽或扩容蒸汽地热电站应用液态地热系统 中的热液流体发电,在地表首先通过1～2 个压力步骤,将大部分液态水扩容为蒸汽,然后输 送到发电机组发电,此类电站单机组发电在10～55MW。中间介质发电也应用液态地热系 统发电,但由于热储温度较低,不能通过压力变化扩容成蒸汽而发电,只能通过低沸点的中 间介质来发电,一般单机组装机容量小于3MW。 2 　地热能直接利用 地热能的直接利用存在广泛的市场,截止到1990 年,世界上已有14 个国家地热能直接 利用的总热力容量大于100MW(详见表1) [1 ] ,表1 中的其他一栏表示总热力容量为1～ 99MW的国家的总和。 　　 地　　球　　学　　报 第21 卷　第2 期ACTA GEOSCIENTIA SINICA 　Vo1. 21 No. 2 2 0 0 0 年5 月　　Bulletin of the Chinese Academy of Geological Sciences 　May 2 0 0 0 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 地热能直接利用的技术性、可靠性、经济性、环境的可接受性已被世界各地的实际利用 所证实。与地热能发电利用相比较,直接利用存在多方面的益处[2 ] ,如①直接利用的热效 率为50 %～70 % ,而发电利用的热效率仅为5 %～20 %; ②直接利用的投资小且周期短; ③ 无论高温或低温地热资源均可进行直接利用。因此,直接利用在世界范围内应用最广泛。 然而,地热能的直接利用常常受到地域的限制,因为很少将地热蒸汽或热水传输很长的距 离,一般直接利用均在地热田的附近进行,而地热发电则可将电力传送到很远的地方。世界 上最长的热水输送管道为冰岛雷克雅未克市的城市供热系统输送管道, 主管道长为 63km[3 ] 。地热能直接利用的造价差别很大,一般为2 美分/ kW·h 。 表1 　地热能直接利用总热力容量大于100MW的国家 国　家 流量/ kg·s - 1 热力容量/ MW 能量/ GW 1985 年1990 年1985 年1990 年1985 年1990 年 保加利亚2647 293 770 中国3540 9534 393 2143 1945 5527 捷克斯洛伐克728 105 276 法国2340 2971 300 337 788 886 匈牙利9533 12155 1001 1276 2615 3354 冰岛4579 4595 889 774 5517 4290 意大利1745 1520 288 329 1365 1937 日本26101 31311 2686 3321 6805 8730 新西兰559 252 215 258 1484 1763 牙买加1380 1380 251 251 987 987 前苏联2735 7722 402 1133 1056 1978 土耳其1355 2012 166 246 423 625 美国1971 3355 339 463 390 1420 南斯拉夫806 113 602 其他1965 2393 142 343 582 1761 合计57803 83381 7072 11385 23957 35906 　　　　　　注:引自1995’世界地热大会论文集 世界上将近70 个国家赋存着可供商业性利用的地热资源,地热流体用于非电利用的总 热力容量为11 385MW ,与Gudmundsson1985 年的调查相比较,过去的5 年中增长率为 60 % ,年平均增长率约10 %。1985 年之后,在中国和前苏联地热直接利用的热力容量迅猛 增加,中国增加5 倍,前苏联则增加了3 倍。表1 中忽略了热泵及温度小于35 ℃热液流体 的利用情况,而热泵利用增加很快。1993 年,美国建成一个2 072MW 的热泵系统,年产热 量为2 402GW。Lund 估计,世界范围内目前已建立约6 000 个热泵系统,Lund 希望在全美 国范围内,大量使用地热泵供暖和制冷。这些地热泵与空气源热泵比较可节能30 % ,与纯 电力或常规燃料供热及制冷比较可节能60 %。Rybach 等人于1992 年报道,1980 年之后在 瑞典已建立了40 000 个供热系统,利用钻孔90 000 个,利用温度为10～20 ℃,单井热量 10kW。据估算,到2010 年,垂直封闭循环单元将占据空气源热泵市场的15 %。 1990 年Freeston 教授的报告中没有详细介绍地热流体如何进行直接利用。Lindal 于 1973 介绍了一个所谓的Lindal 图,详细说明了地热能直接利用的范围,在此之后,由Gud2 mundsson 于1982 年对此图进行了更为详细的解释[3 ] 。由于地热流体与地下的矿物和岩石 第2 期　　　　　　　王贵玲等:国内外地热能开发利用现状及利用前景分析　　　　　　　　1　35　 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 接触,流体中通常含有盐份和气体,这些成分将会对地表设备产生影响,如腐蚀和结垢,不 过,这些问题是可以解决的。Lindal 于1992 年研究了地热能在工业方面的利用,列出了利 用地热能的几个方面,其中地热干燥是最常用的。Lindal 也研究了应用地热蒸汽和地热水 的不同,利用蒸汽即为常规方法,利用地热水则存在一些新的技术问题。Lindal 于1992 年 引用了15 个国家利用地热水进行各种产品的干燥、造纸、矿物和化学物质的提取、食品、橡 胶、皮革、洗浴和印染以及石油回复等领域。据报道有7 个国家应用蒸汽进行相似的工作。 3 　地热能开发投资 地热研究和开发的投资类型与石油和天然气类似,方式很多,即技术研究和开发、地热 勘查(应用地质、地球物理、地球化学方法) 、钻探、地热田开发等。地热电站通常建于地热田 的边界,但电力传送并入国家电网则传输很长距离。表2 中给出了1973～1982 年和1983 ～1992 年不同地域地热投资状况,表中仅包括1973～1992 年间总投资超过200 万美元的 国家,其中有地热研究、开发、地热能发电利用,电力利用不考虑电力传送(从电站到国家电 网) ;另一方面,直接利用投资估算包括地热资源分布到区域供热系统、农业或工业利用点的 地热蒸汽和水的传输。 据统计,1983～1992 年期间,全世界地热能开发总投资14. 331 亿美元中,用于科研、热 田开发、发电利用、直接利用的比例分别为20 %、34 %、32 %和13 %。 表2 　1973～1982 年和1983～1992 年世界地热开发投资( 百万美元) Table 2 　The investment of geothermal development in the period of 1973 to 1982 and 1983 to 1992 in the world 地区年限/ a 研究热田开发利　用投资类型 发电非电公共私人合计 非洲 1973～1982 28 31 70 129 129 1983～1992 34 78 30 1 143 143 亚洲 1973～1982 634 722 742 350 866 1582 2448 1983～1992 1520 1488 998 752 2161 2597 4758 拉美 1973～1982 72 148 263 1 484 484 1983～1992 62 338 292 1 693 693 新独立国家 1973～1982 13 118 30 166 296 31 327 1983～1992 27 229 344 536 64 600 美国 1973～1982 1178 375 750 50 1014 1339 2355 1983～1992 666 1669 2780 53 496 4672 5168 西欧 1973～1982 379 597 230 618 1807 17 1824 1983～1992 661 1005 382 707 2390 365 2755 大洋洲 1973～1982 22 10 2 32 2 34 1983～1992 12 40 160 2 212 2 214 合计 1973～1982 2326 2001 2085 1187 4628 2971 7599 1983～1992 2982 4847 4642 1859 6631 7700 14331 　　　　注:引自1995’世界地热大会论文集 4 　地热能利用的市场可竞争性 在1973 年石油危机之后,很多国家利用地热资源发电和非电利用总热力容量达到数百 兆瓦。1973 和1978 年石油价格的突然增加,加快了地热开发的步伐,并在地热利用家族中 增加了一些新成员国。 1985 年原油价格从每桶27 美元降至12 美元,改变了地热能的市场竞争力,所以,80 年 代后期很多国家延迟了地热项目投资或将之取消。 现已证实,即使在现今石油价格较低的情况下,地热能与其他能源相比也有商业竞争 力。在一些发展中国家和东欧,从能源利用的环境效益出发,需要最新的技术和经济来支持 开发地热资源。 1992 年在西班牙召开的世界能源会议(WEC) 上讨论了“未来世界的能源”,并提出了全 球和区域能源前景,这一研究侧重于经济发展、能效和环境效应三个方面。单就美国来说, 若石油价格一直保持现在的低水平,能源部希望在2010 年以前,地热发电装机容量年增长 率为5. 4 % ,如果石油价格再度上升,希望年增长率上升为6. 9 %。 在中国、前苏联和东欧一些国家,广泛利用低温地热资源进行供暖、食品加工等,也大大 提高直接利用的年增长率。美国计划在今后的20 年中热泵增长率达到17 % ,这将预示着 热泵应用将在其它工业化国家迅猛增长。假设地热直接利用年平均增长率为10 % ,到2000 年将达到30 000MW ,2010 年为77 000MW ,2020 年为200 000MW。假设发电利用和直接 利用的单价一样(1982～1992 年) ,且考虑直接利用与发电利用的价格变化等多种因素,在 未来的10 年中,地热投资可望达到160 亿美元。 5 　我国地热研究与地热能开发 5. 1 　地热研究与地热资源勘探 目前,中国共有40 多个地热研究与开发机构,其中15 个从事地热地质勘探,25 个从事 地热能利用地面工程设计与施工,30 个地热公司。 自50 年代末期开始,我国地热工作者对北京小汤山、京津唐、湖南灰汤、湖北三里畈、河 北东部平原、广东东部等地区进行了地热勘查,并全面研究了我国热水分布规律、分带性及 中国地热资源特征,编写了地下热水普查勘探方法,编制了1∶1500 万中国地热资源分布图。 70 年代后期,对羊八井地热田开展地热地质调查、勘查与评价工作,建立羊八井高温地热电 站和东部低温地热试验电站。迄今已勘探地热田面积677km2 。 近年来,国家的总投入逐年减少“, 八五”期间国家投入400 万元开展地热研究,但到“九 五”国家对地热研究的投资大幅度降低。而与此同时,全国各地在中低温地热资源直接利用 方面,利用地方资金如雨后春笋般崛起。 5. 2 　我国地热能利用现状 中国是世界上地热能利用最早的国家之一,利用历史可以追溯到2000 多年以前。但真 正科学地大规模开发、研究始于本世纪70 年代。经过30 多年的研究与勘探,基本形成了我 国地热利用的主格局,即以天津为重点开展城市供热、以羊八井为重点进行发电利用。 5. 2. 1 地热能发电　我国地热发电始于1970 年,是中间介质发电的先驱之一,比如河北的 后郝窖、湖北的灰汤等低温试验电站,但由于缺乏商业价值,均相继关闭。1977 年在西藏羊 八井建立第一个高温地热发电机组,装机容量为1MW ,到1994 年总装机容量为25. 18MW , 电力全部供给拉萨市,占拉萨市总需电量的40 %。1996 年在羊八井打出高温高产地热井, 可建1 个10MW发电机组。最近拟在云南腾冲热海地热田建1 个10MW的地热电站,前期 工作正在进行中。 5. 2. 2 地热能直接利用　依据1990 年的统计数字,我国地热能直接利用在世界上位居第 二,总热力容量为1 945MW。地热能直接利用项目主要包括:农业、印染、干燥、供热、工业 加工等。利用最好的4 个省(区) 有①河北(占全国的24 %) ,主要用于养鱼、洗浴和温室; ② 天津(占全国15 %) ,用于供暖和养鱼; ③山东主要用于洗浴和养鱼; ④西藏自治区用于温 室。 中国地热利用发展最快的是供暖和养鱼。例如,天津塘沽,在过去的几年里,建成供 130 000 人供热的区域供暖系统。陕西建立2 个面积分别为30 000m2 和66 000m2 的鱼塘, 这可能是世界上应用地热养鱼规模最大的渔场,主要用于养殖非洲鱼苗。在北京小汤山建 立的驼鸟养殖场,现有成年驼鸟300 余只,若每只以3 万元计算,合900 多万元人民币,养殖 周期为3～5 年,其经济效益非常显著。 5. 3 　影响我国地热能大规模开发利用的主要问题 5. 3. 1 地热能开发的环境效应　地热能一直以“清洁能源”而著称,但有些地方在地热资源 的开发利用中有时会引起一些环境问题,这些问题包括:地面沉降、噪音、热污染、化学污染 等,其中地面沉降破坏性最大。当从地热储中过量抽取地热流体后,改变了原系统的压力分 布,从而产生地面沉降, 沉降与地质条件密切相关。在冰岛的Svart sengi 和意大利的 Larderello 地热田,年平均沉降量分别为11mm 和32mm ,而在新西兰的Wairakei 地热田开 采区外的一个小区域内,年沉降量高达400mm。我国天津市地面沉降与大量抽取地下热水 有直接关系。 5. 3. 2 资金短缺　由于我国尚属发展中国家,经济相对落后,国家财力不足,这就决定了国 家不可能拿出可与西方国家均衡的资金开发地热资源。另外,地热资源开发的初期投入较 大,这也是西方国家地热开发资金短缺的一个主要原因。 5. 3. 3 地热资源在地域分布上的不均衡　中国大陆的高温地热资源主要分布在我国西南的 西藏自治区和云南省,这两个省区地处偏僻、交通不便、经济较落后,加之云南水利资源丰 富,西藏风能和太阳能资源丰富,这在很大程度上制约了区内高温地热资源的开发。云南西 南部高温地热资源丰富,但由于区内气温较高,地热能非电利用前景较差,因此,大量150 ℃ 以下的热水白白流失。如1996 年在云南瑞丽完成两个千米深孔,孔口温度在110 ℃以上, 但由于达不到发电温度要求,至今尚未开发。 中低温地热资源主要分布在我国东南沿海、辽东及胶东半岛,内陆地区主要分布在中新 生代断陷盆地,埋藏深度较大。而温泉出露区大都地处偏僻的山区,交通不便,经济落后,所 有这些都增加了地热开发的成本,限制了地热资源的广泛利用。 5. 3. 4 地热开发技术问题　地热投资的高低及资源利用是否合理,不仅直接与地热前期勘 探、钻探、规划等有关,而且与地热利用技术存在密切关系。新技术新方法的应用不仅可以 减少投资,而且可以大大节约资源,减少浪费。 如天津地区各地热井普遍安装高频调速器,初步统计可节电20 %～30 % ,节约地热资 源10 %～20 %;利用地热水的二次循环或低温大流量供热,即提高了低温地热资源可利用 性,又解决了地热尾水排放温度高的问题。这都是成功的经验,我们可以借鉴,并不断研究 5. 4 　建　议 地热能的利用不仅符合环境保护的大前提,而且随着勘探和利用技术的提高,已具有市 场竞争性,有广阔的开发利用前景。为了充分利用和保护这一宝贵的清洁能源,在地热开发 与管理中应根据整个地区的经济发展规划和布置,“统一规划、统一管理、合理布局、综合利 用、以热养热”。在统一规划指导下,推动地热开发的商业化、规模化,开拓利用新领域;严格 地热资源开发审批制度,使其在科学的监督下进行;加强综合利用,避免资源浪费;管理规范 化、法制化、科学化;建立完善的监测体系;加强科研,指导生产。