地热能,这一源自地球内部的清洁能源,历经数十年的发展,正逐步在全球能源舞台上崭露头角。随着全球对净零排放目标的追求日益迫切,地热能凭借其储量大、分布广、稳定可靠、利用系数高、碳减排效果明显等特性,成为众多经济体竞相发展的新能源之一。
国际能源署(IEA)最新发布的报告《地热能的未来》(The Future of Geothermal Energy)显示,新技术正在为全球地热能源开辟新的领域,如果项目成本继续下降,到2050年,地热能可满足全球15%的电力需求增长。
地热能的崛起与机遇:技术革新与潜在挑战
尽管地热能从理论上能够为整个地球提供可持续的电力,但长期以来,高昂的钻探和生产成本,以及地热资源的地域限制性,成为限制其大规模应用的主要障碍。
由于地热资源只能在靠近地球表面有热源的区域获得——例如温泉和间歇泉,因此,目前地热能仅占全球可再生能源总装机容量的0.5%左右。在广泛的能源结构(包括化石燃料)中所占份额微乎其微。
与其他清洁能源相比,开采地热能对生产技术的要求和所需成本更高,需要在地下深处钻井,以低压方式让冷水流过热岩石,并将温水输送到地球表面,用作供暖或发电。根据国际可再生能源署(IRENA)的数据,地热平准化度电成本(LCOE)现已攀升至71美元兆瓦时,而太阳能光伏和陆上风电的发电成本分别为44美元兆瓦时和33美元兆瓦时。
据Rystad Energy预测,目前,全球地热发电装机容量为16.8吉瓦,预计到2030年将增加到28吉瓦,到2050年将增加到110吉瓦。这得益于各国能源企业增加对地热研发的投资和技术的革新。一方面,采用水力压裂技术开发的增强型地热系统(EGS),通过高压水注入深层岩石,重新打开天然裂缝,使热水或蒸汽流入提取井,不仅能在更小的占地面积内提高能源输出,还可扩大地热能的开采面积,使其开采更加经济高效。另一方面,美国一研发团队正在通过核聚变及回旋管技术实现能量束熔化岩石,以提升地热开采的速度和深度,也为地热行业带来新的可能。此外,地热能源还能利用石油和天然气行业的现有知识和钻井技术设备,深入地表以下,开采大量低排放的能源资源。
与此同时,地下条件和可采资源量等不确定因素给开发商带来的高风险,同样值得关注。近年来,各国政府和企业开始采用风险分担的方式,来减轻开发方的负担。如肯尼亚政府推出的“建设、拥有、运营”公私合作计划,将项目风险分配给国有地热开发公司、相关国际开发商、公用事业公司和政府本身。
值得一提的是,国际能源署(IEA)的相关报告指出,目前只有30个国家制定了地热政策。而将地热列入国家能源议程,制定具体发展战略并加强引导,加大监管力度,更有助于降低早期开发的风险,从而提高地热项目的成本竞争力。报告预测,到2035年,可将项目开发成本下降80%至约50美元兆瓦时,使地热成为可调度低排放电力最便宜的来源。
全球地热开发掀热潮:竞相布局探索行业前沿
停滞数十年后,地热能迎来前所未有的发展机遇。各国政府和企业纷纷加大对地热能的投入力度,推动技术创新和项目开发,来寻求丰富的可再生能源以实现供暖和电力供应。
近年来,美国能源部(DOE)已投入数十亿美元用于支持地热能的研发,旨在到2035年将EGS项目的成本降低90%,至约45美元兆瓦时,从而大大提高地热发电的竞争力。今年11月,美国众议院通过《清洁能源法案》(CLEAN Act)和《地热能促进法案》(HEATS Act)两项重要的地热能法案,助力地热行业发展。雪佛龙、Fervo Energy、Mazama Energy等公司纷纷布局试点项目,开发增量地热装机容量。据预测,到2050年,美国的地热装机容量将增长约20倍,可提供该国高达10%的电力。
目前,欧洲的地热能开采主要集中在冰岛和意大利,地热能仅用于生产1.5吉瓦的电力,远低于预测报告中80—100吉瓦的发电量。为加快地热能开发进度,爱丁堡研究团队正在探索将北海的石油和天然气井重新用于地热能开发,以避免钻探新地热井产生大量费用。
Rystad Energy表示,除传统发电用途之外,地热能在锂生产方面具有广阔前景。英国在2023年发布的一份报告中显示,康沃尔郡是世界上地热水中锂浓度最高的地区。而拥有丰富地热能资源的拉丁美洲,正尝试利用地热盐水提取锂,实现地热能和锂的双重生产,使智利、阿根廷和玻利维亚交界处的“锂三角”成为绿色能源转型的关键参与者。
此外,亚洲国家也在寻求扩大地热资源。国际能源署(IEA)的相关报告显示,东南亚在全球能源系统中的作用将在未来十年内强劲增长,其中,地热能项目的部署将带来十分可观的电力增长。东京电力公司(TEPCO)计划在印度尼西亚利用地热发电生产氢气,从而在可再生能源领域取得长足进步。与此同时,预计到今年年底,印度尼西亚将有3座地热能发电厂投入运营。
中国地热开发新篇章:政策引领绘就地热发展蓝图
国内地热能的开发同样备受瞩目。我国地热资源丰富,资源量约占全球地热资源的六分之一,开发利用潜力巨大。1971年北京氧气厂第一眼水热井的成功钻探和当年2月份河北怀来县后郝窑地热发电试验的开展,拉开了我国地热能规模开发利用的序幕。目前,我国以直接利用地热供暖为主要利用方式,地热资源直接利用连续多年位居世界首位。截至2022年底,中国地热能直接利用能力折合为100.2吉瓦,2023年中国地热能直接利用能力折合约110.22吉瓦。
近年来,国家颁布多项政策法规支持我国地热能的开发利用,明确提出“十四五”期间探索深化地热能开发利用。根据2021年9月国家发改委发布的《关于促进地热能开发利用的若干意见》,到2025年,全国地热能发电装机容量比2020年翻一番,预计达90.72兆瓦。2023年,全球地热领域发布的首项行业标准《中国地热供暖推荐做法》正式发布,对推动全球地热行业的规范化发展具有重要意义。
除此之外,中国还通过资金扶持和政策优惠,鼓励企业加大研发投入,推动地热产业升级。一方面,地热技术取得显著进步。例如,将石油勘探技术与地热供暖利润低的条件相结合,发展“地震+非震”技术结合的综合地球物理勘探技术,完善地热开发利用监测技术,提升地热项目自动化监测控制和智慧化管控程度。另一方面,重大工程陆续建成,完善产业发展。中国石油依托油区地热资源和石油队伍在东北、华北建设了一批地热供暖项目,累计地热供暖能力达1580万平方米。中国石化在河北、陕西、山西、山东4省建成地热供暖能力均超千万平方米。
就目前发展情况而言,考虑到高昂的地下勘探成本、复杂性和高风险等问题,各国对地热能的开发尚在初级阶段。要真正实现地热能的大规模应用,必须持续推进核心技术的研发,降低地热生产成本,提升其利用率和竞争力。此外,还要加强国际合作与技术共享,才能发掘地热能这一地下宝藏的更多可能,共同推动全球地热能的发展,为人类的零碳未来贡献力量。
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