近年來，全球嚴峻的能源形勢以及使用常規(guī)能源帶來的環(huán)境問題，促使世界各國努力地尋找新的替代能源來構(gòu)建多元化能源結(jié)構(gòu)，以保證本國能源安全。在2013中國國際礦業(yè)大會可持續(xù)發(fā)展分會場上，來自不同國家的參會代表共同探討了地熱產(chǎn)業(yè)發(fā)展的話題，地熱能以其清潔和儲量豐富的特點正吸引著越來越多的國家予以關(guān)注，本期將美國、冰島、日本這3個地熱能源開發(fā)利用突出國家的經(jīng)驗進行梳理介紹，以饗讀者。

 

  目前國際上有100多個國家開發(fā)利用地熱能，并以每年12％的速度遞增，能源專家普遍預計，到2100年地熱能利用將在世界能源總值中占30％～80％。地熱能是指蘊藏在地球內(nèi)部距地表5公里以內(nèi)的能量，是一種由于復雜的地質(zhì)構(gòu)造活動而形成的巨大自然能源。據(jù)估算，地球蘊藏的地熱能約14.5×1025千焦，折合4948萬億噸標準煤，而全球煤的埋藏量僅為1萬億噸。由此可以看出，地熱資源的利用前景非常廣闊。

 

  地熱發(fā)電是現(xiàn)代地熱的突出利用形式地熱能利用包括地熱直接利用和地熱發(fā)電，其中地熱直接利用歷史悠久，技術(shù)較成熟，主要包括地熱供暖、地熱務農(nóng)、地熱醫(yī)療、地熱工業(yè)利用。

 

  現(xiàn)代地熱的突出作用是地熱發(fā)電。自從1904年意大利在拉德瑞羅地熱田建立世界上第一座地熱發(fā)電試驗裝置以來，由于受地質(zhì)勘探條件所限，初期發(fā)展較慢，到70年代以后才突飛猛進，美國、日本、意大利、新西蘭等國家都把地熱發(fā)電作為新能源開發(fā)的重點，隨之而來的是一批發(fā)展中國家也奮起猛追，大有后來居上的勢頭，如菲律賓、墨西哥、印度尼西亞等國家。2005年，根據(jù)世界地熱大會資料統(tǒng)計，全球有24個國家建有地熱電站，地熱裝機前5位的國家為美國、菲律賓、墨西哥、印度尼西亞和意大利。全球地熱發(fā)電裝機已達到8900兆瓦，年發(fā)電量5.68×1011千瓦時。

 

  地熱發(fā)電和火力發(fā)電的原理是一樣的，都是利用蒸汽的熱能在汽輪中轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，然后帶動電機發(fā)電。

 

  所不同的是，地熱發(fā)電不像火力發(fā)電那樣要備有龐大的鍋爐，也不需要消耗燃料，它所用的能源就是地熱能。

 

  地熱發(fā)電比風電更穩(wěn)定，地熱能比太陽能、風能的能量品位高，而且可長期不間斷。據(jù)世界能源理事會統(tǒng)計，一年365天，共計8760小時，地熱能的利用系數(shù)是72%～76%，一些技術(shù)先進的國家能達到95%，也就是說一年可運行8322小時，設備維修時間很短。而普通火電廠的利用系數(shù)是50%多一些，風力發(fā)電是21%，太陽能發(fā)電是14%。另外，地熱產(chǎn)業(yè)所需的單位裝機容量占地面積比光電、風電、煤電、核電等至少低1個量級。

 

  地熱能開發(fā)面臨資金和技術(shù)兩大難題和其他可再生能源起步階段一樣，地熱能形成產(chǎn)業(yè)的過程中面臨的最大問題來自于技術(shù)和資金。

 

  地熱產(chǎn)業(yè)屬于資本密集型行業(yè)，從投資到收益的過程較為漫長，一般從調(diào)查、選址、施工到最終發(fā)電需要花10年至15年時間，較難吸引到商業(yè)投資。據(jù)估算，在日本，1千瓦時(度）電的成本如下：地熱16日元、水力13.6日元、燃油火電10.2日元、燃煤火電6.5日元、燃氣火電6.4日元、核電5.9日元～14.2日元，比較起來，地熱的發(fā)電成本最高。但隨著技術(shù)的進步，地熱的發(fā)電成本也在逐年降低，如九州電力公司的八丁原發(fā)電站，近年來發(fā)電成本已降至每千瓦時7日元。

 

  地熱能的利用在技術(shù)層面上有待發(fā)展的地方主要是對于開采點的準確勘測，以及對地熱蘊藏量的預測。由于一次鉆探的成本較高，找到合適的開采點對于地熱項目的投資建設至關(guān)重要。現(xiàn)在，地熱產(chǎn)業(yè)已采取引進石油、天然氣等常規(guī)能源勘測設備，以便為地熱能尋找準確的開采點。

 

  另外，地熱用于發(fā)電，如果取用的水多于回注的水，最后可能會引起地面沉降。地熱井排出的液體中還有二氧化碳、硫化氫、甲烷、氨氣、汞、砷等成分，有可能加重溫室效應和帶來酸雨。但對于這些問題，如果采取各種有效的技術(shù)措施，嚴格監(jiān)測和防治，是可以解決和控制的。ZIYUANDAOKAN第一次石油危機后，日本國內(nèi)曾掀起一股地熱發(fā)電熱。隨著原子能發(fā)電的普及和煤炭價格的回落，功率遠小于火電站的地熱電站逐漸受到冷落。2011 年的“3·11”大地震導致福島核電站發(fā)生核泄漏，日本國內(nèi)棄核、發(fā)展地熱能的呼聲也隨之高漲。為實現(xiàn)削減溫室氣體排放目標，樹立環(huán)保節(jié)能的世界形象，樹立“低碳經(jīng)濟”長遠競爭力，日本時隔20 年再次啟動地熱發(fā)電站建設工程。

 

  日本被稱為火山列島，擁有火山 119 座，作為日本象征的富士山，就是典型的層狀火山。日本地震、火山活動頻繁，災害不斷，但是，正因為擁有這些火山，日本的地表下蘊藏著大量熔漿，也帶來了豐富的地熱資源。據(jù)權(quán)威統(tǒng)計，日本地熱資源的蘊藏量排名僅次于印尼、美國，位于世界第三，換算成發(fā)電能力達 2347 萬千瓦，相當于 15座原子能發(fā)電站。目前日本有 18 處地熱發(fā)電站，地熱發(fā)電量約為風力發(fā)電的 2 倍，太陽能發(fā)電的 3 倍。世界 70% 的地熱發(fā)電設備由日本的富士電機、東芝、三菱重工公司提供。

 

  為了推動地熱發(fā)電站的建設，日本政府推出了一系列扶持政策，包括制定地熱發(fā)電長期規(guī)劃目標 ：經(jīng)產(chǎn)省預計，2020 年地熱發(fā)電裝機容量增加到2005 年的 2 倍以上，即 120 萬千瓦 ；2030 年增加到 190萬千瓦。同時，適當修訂有關(guān)法律 ：2003 年，日本政府發(fā)布了《新能源特別措施法》，要求每家電力公司有義務開發(fā)一定量的新能源發(fā)電。當前，為了促進地熱資源的充分合理運用，日本政府正研究解除上述規(guī)定，僅要求電力公司采取特定方法發(fā)電即可，不作開發(fā)量的約束。此外，還在技術(shù)及資金上給予援助。日本經(jīng)產(chǎn)省牽頭成立了由電力公司負責人、相關(guān)學者組成的研究會。2009 年 4 月，日本開始對地熱電站的前期投資給予資金援助。為普及地熱發(fā)電，日本經(jīng)產(chǎn)省加大政策扶持力度，增加開發(fā)地下資源建設發(fā)電設備的相關(guān)補助。目前，政府補助 20% 的開發(fā)費用，正研究將補助提高至 33%。 （原載 11 月 9 日《中國國土資源報》）雖然冰島很早就用地熱供暖，而且有得天獨厚的自然條件，但實際上冰島在 20 世紀 70 年代以前卻大量使用煤炭和石油，受到 1973年能源危機的沖擊，冰島走上了大規(guī)模利用地熱的道路。經(jīng)過 40 年的努力，2010 年冰島電能的 26% 來自地熱發(fā)電，73.8% 來自水電，不足1% 來自傳統(tǒng)的化石燃料。被視為世界地熱開發(fā)楷模的冰島，目前 85% 的住宅都在利用地熱供暖。

 

  冰島地熱資源的勘查與開發(fā)由國家統(tǒng)一管理，不允許私有公司進行地熱的勘查與開發(fā)經(jīng)營活動。冰島地熱管理機構(gòu)包括 ：國家能源局、國家地質(zhì)調(diào)查局和能源公司。

 

  國家能源局負責地熱資源勘探和開發(fā)政策的制定，并為社團、公司和個體地熱資源的利用提出建議。國家能源局下設 3 個獨立的部門 ：能源管理處，主要負責能源統(tǒng)計與分析 ；聯(lián)合國大學地熱培訓部，承擔對發(fā)展和發(fā)展中國家地熱工程師的培訓任務，包括地質(zhì)勘查、鉆孔地質(zhì)、地球物理勘查、鉆孔地球物理、儲熱層修建、熱流體化學、環(huán)境研究、地熱利用和鉆探技術(shù)等專業(yè)知識的培訓 ；水文服務處代表，主要負責為國家和能源機構(gòu)監(jiān)測水文地質(zhì)條件和管理國家水資源，開發(fā)和管理自然災害早期預警系統(tǒng)。

 

  國家地質(zhì)調(diào)查局是為冰島電力產(chǎn)業(yè)、冰島政府和外國公司有關(guān)地熱科學和利用領域提供專門服務的研究機構(gòu)。

 

  地質(zhì)調(diào)查局不能直接從政府獲得經(jīng)費，但能夠以項目和合同為基礎進行運轉(zhuǎn)。每年地質(zhì)調(diào)查局的經(jīng)費約為 600 萬美元。20％的經(jīng)費來自政府合同，其他的經(jīng)費來自于不同能源公司、公用事業(yè)機構(gòu)的合同。

 

  能源公司是負責全國水利和地熱資源勘查開發(fā)、能源生產(chǎn)與經(jīng)營的機構(gòu)。目前，能源公司擁有多個地熱電站，以及相應的為居民住宅、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等進行供熱供暖的工程系統(tǒng)。能源公司需要施工的地熱鉆井則由私人企業(yè)承包完成。

 

  程數(shù)值模擬技術(shù)、水巖反應控制技術(shù)、超臨界地熱流體應用技術(shù)。

 

  美國政府在推進地熱發(fā)展中也扮演著重要角色，出臺了一系列的政策扶持地熱產(chǎn)業(yè)，如：美國聯(lián)邦政府延長了對地熱產(chǎn)業(yè)的退稅計劃；各州制定的鼓勵清潔能源使用的政策中都包含了對地熱能發(fā)電的鼓勵；美國能源部還推出了一項“地熱技術(shù)和發(fā)展行動計劃”，用于推動地熱能的勘探和開發(fā)，并以“增強地熱系統(tǒng)”作為主要發(fā)展目標。

 

  另外，美國十分重視地熱資源的基礎調(diào)查和數(shù)據(jù)共享。

 

  由美國能源部資助的美國國家地熱數(shù)據(jù)系統(tǒng)，將科學工作者提供的地熱數(shù)據(jù)進行整合后分類，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享，提升了科學數(shù)據(jù)的經(jīng)濟與社會價值，為政府和企業(yè)地熱資源開發(fā)決策提供技術(shù)支撐，提高地熱資源勘探效率的同時也有利于地熱知識的普及，促進地熱技術(shù)推廣。

 

  美國是世界地熱資源大國，但地理分布上極不均衡，8 個州的地熱能總量達到 300 萬千瓦，其中又有 80% 出現(xiàn)在加州。美國是地熱利用的后起之秀，查理·列博在 1930 年發(fā)明了第一臺地熱井下?lián)Q熱器。20 世紀 60 年代，加州蓋瑟爾斯的地熱電廠開始發(fā)電，美國從此一躍成為世界地熱發(fā)電領域的領頭羊。

 

  作為世界地熱技術(shù)的領跑國，美國開發(fā)地熱能的技術(shù)和經(jīng)驗受到各國重視。其在地熱勘探關(guān)鍵技術(shù)和開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)領域都有建樹，在地熱勘探方面形成了 MT 等地球物理探測技術(shù)、數(shù)據(jù)庫信息和數(shù)值模擬技術(shù)、高分辨率遙感技術(shù)、綜合地質(zhì)、地球物理和地球化學分析技術(shù)、高溫高壓鉆井和井下測試技術(shù)，獲取關(guān)鍵數(shù)據(jù)地熱開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)。在地熱開發(fā)方面形成了鉆井和成井技術(shù)、人工造儲技術(shù)、熱儲工43程數(shù)超臨出現(xiàn)在加州。美國是美國政府在推進地熱發(fā)美國：領跑世界地熱關(guān)鍵技術(shù)和石油，受到球物修建利用和鉆探技術(shù)等專業(yè)知冰島：國家統(tǒng)一管理地熱能率遠小于火電站的地供。