论坛丨干热岩开发面临的问题与对策建议

来源：《中国电力报》 时间：2024-04-02 10:37

罗佐县 王迪 豆宁辉

　　在碳中和及能源转型的背景下，干热岩以其丰富的资源禀赋和清洁低碳的显著特征，正受到世界各国的关注，美国能源部将其称为可能改变未来能源格局的重要能源资源。我国干热岩资源勘探开发潜力较大、理论上具备产业发展空间。在能源消费以煤为主、油气对外依存度居高不下的形势下，若能在干热岩资源开发利用领域取得突破，我国能源安全保障能力将显著提升。

干热岩热电开发利用潜力巨大

　　地球本身是一个巨大的热库。地热资源按照赋存方式和埋深，可以分为浅层地热资源、中深层水热型地热资源和干热岩资源三大类。浅层地热资源一般赋存环境低于25摄氏度、埋深浅于200米。中深层水热型地热资源一般赋存深度为200~3000米，按照热储温度分为低温（25摄氏度≤T<90摄氏度）、中温（90摄氏度≤T<150摄氏度）和高温（≥150摄氏度）三种类型。一般按照温度、地热流体和渗透性储层对地热进行界定和分类。干热岩是指温度达到150摄氏度以上、缺乏水或缺乏渗透性储层的高温热储体。理论上，地球表层温度随深度增加而升高，任何地区达到一定深度都可形成干热岩，但目前研究人员关注的干热岩为埋藏于距地表1千米~10千米的深处，温度超过150摄氏度的热岩体。理论上干热岩主要开发利用途径是发电和供热。欧美对此进行了前瞻性研究，麻省理工学院（MIT）2006年得出结论，到2050年干热岩可为美国提供超过100吉瓦装机的电力。欧洲深部地热技术与创新平台（ETIP-DG）发布的《深部地热能愿景》报告提出，地热能是未来欧洲城市能源体系中的基石之一，到2050年通过研究与创新深部地热能可满足欧洲预计电力需求的50%和供热的80%。

国内外干热岩开发利用现状

　　目前全球建有30多个现场试验项目，建成后发电装机容量约20兆瓦，供热30兆瓦。为进一步推进产业化发展，欧美制定了多项计划。2013年以来，欧洲制定了多项地热研发计划，欧盟“地平线2020”战略、欧洲深部地热技术与创新平台两个项目比较有代表性。前者着眼于资源与工程技术，后者着眼于利用地热资源满足重要的热力需求和大部分的电力需求。2014年美国能源部发布了“地热能前沿瞭望台研究计划（FORGE）”，该计划于2015年正式启动，被视为实现EGS产业化部署的关键步骤。2016年启动了配套研究项目“EGS合作实验室”计划，目的在于建立实验室规模的压裂和岩石力学研究与未来FORGE场地的大规模研究之间的桥梁。总体看，欧美虽然陆续出现了兆瓦级发电项目，但是由于关键技术瓶颈与经济成本问题，距离规模化、商业化、产业化还有巨大的差距。

　　国内干热岩开发利用尚处于先导试验阶段，在青海省共和县及海南省琼北地区、江苏省兴化市进行了系列试验和先导示范项目建设，取得了一定的成果，但距离成功还有较大的差距。

进一步开发利用面临的问题

　　资源家底尚未摸清，仅处于评价阶段。2011~2022年，我国地质调查局就中国陆区干热岩资源潜力开展了研究，结论是中国陆区3千米~10千米深处干热岩资源总量约合856万亿吨标准煤，以150~250摄氏度温度范围规模最大、分布较为广泛。整体而言，目前全国陆域范围的干热岩资源评价精度不高，评价结果只能是资源基数的级别。部分针对整个渤海湾盆地、整个松辽盆地等大区域的干热岩资源评价，主要依据前期油气钻井或中浅层地热钻井的数据资料，评价精度也不高，尤其是针对整个3千米~10千米巨厚的埋深范围，也只能达到资源基数的评价级别。多个省开展的针对省区的资源评价结果，如江苏省苏北盆地和苏南地区、江西省、湖南省7个有利区，评价范围覆盖面积都非常大，主要依据区域地质、地热资料，没有钻获干热岩的地热探井，也只达到地热资源基数的评价级别。干热岩资源富集机理和控制因素不清，资源评价和选区选址工作还需加强，缺乏对重点地区干热岩工程技术可采资源量的准确评价，面临潜力巨大、无处下手的局面。

　　关键工程技术未取得实质性突破。2014年以来，我国先后在青海、福建、山东、海南、河北、江苏6省完钻了10口干热岩探井，获取了温度、岩性、物性等基础资料。但干热岩热源性质、规模和品质的定量识别技术依旧薄弱，整体缺乏针对性资源评价方法。特别是高温复杂工程地质条件下井筒通道建立与维护难度大，高温高硬地层PDC钻头无法适应，牙轮钻头单只进尺平均低于100米，平均机械钻速多小于2米/小时，工具、仪器和材料的耐温能力难以满足200摄氏度以上的高温要求，建井周期普遍超过200天，成井成本占整个地热开发成本的50%以上。裂缝网络扩展与连通技术难以满足高效换热需求，关键工程技术距离满足规模化商业化发展还有较大距离，且改造过程中易引发轻微地震，尚达不到商业发电开发利用的基本要求。

发展对策与建议

　　我国是能源消费大国，油气对外采买度高，屡受海外市场波动困扰。从根本上解决能源安全问题之道是增强自身能源供应能力。目前我国太阳能、风能等再生能源开发步伐加快、力度加大，发展政策导向明确，但关于干热岩开发利用的政策导向不够明确。可再生能源政策、地热能相关规划对干热岩开发利用体现出了激励的导向，但重点不够突出、路径不够明确，与推进干热岩产业化发展的要求尚有距离。一旦干热岩开发利用取得突破，即使利用其资源量（856万亿吨标准煤）的比例只有1%~2%，其规模也是巨大的。就我国能源安全保障情况看，有必要加大干热岩投资力度，鼓励创新。在此基础上，重点做好以下几个方面的工作：

　　政府牵头加强干热岩资源评价等基础性工作。立足干热岩资源开发利用属于前瞻性产业、产业发展周期长的特点，借鉴国外干热岩项目一般由政府、公益性研究基金先期进行资助的做法，由政府牵头先期投入，开展资源评价等基础性工作。自然资源部等部门牵头组织、划拨专项经费予以支撑落实，重点支撑新技术研发和现场试验项目建设及初期试验运行。在新一轮找矿突破战略行动中要强调干热岩勘查及开发利用的地位，依托青海省、江苏省、海南省已经获得的勘探和工程成果，继续深入开展先导试验，地质与电力行业协作，推进试验示范区和示范工程建设，为大规模一体化开发利用寻求可供复制和借鉴的发展模式。

　　加大科研技术攻关，政企协同推进干热岩开发利用关键工程技术突破。强化风险投资意识，本着鼓励创新、宽容失败的精神支持开发干热岩。建议加大干热岩基础性研发投入，优化科技资源配置，在重大项目立项方面对干热岩开发利用等基础研究项目有所倾斜。依托现有国家地热研发平台，有效整合国内科研机构、大学和大型企业的研发力量，建设干热岩国家重点实验室，形成稳定的研发团队，打造干热岩攻关的骨干力量。通过成立干热岩国家实验室等途径加快建成有国际影响力的中国干热岩实验研究中心，支撑中外科技和产业合作，推动中国干热岩资源规模化商业开发，为中国实现“能源自由”提供“基础负荷”。

　　强化顶层设计，加大对示范性项目的政策扶持力度，为干热岩产业化发展做好铺垫。建议将干热岩开发利用定位为战略性新兴产业，依托现有可再生能源发展规划及政策，加强干热岩产业化顶层设计，发展由点到面，步步推进。特别是针对干热岩开发利用投资风险大以及产业化推进后可能出现的项目融资难等问题，需要加强预案研究，通过合理电价补贴以及低息融资政策支持等手段帮助企业予以妥善应对，缓冲企业在干热岩开发利用初期面临的投入回报周期长、风险大及高成本压力。发展初期，要通过积极的财政金融政策持续调动各类参与干热岩开发利用企业的积极性，本着“谁投资、谁受益”的原则给予先期投资企业利益分配优先权，明确企业未来收益归属和红利，充分鼓励、调动和激发企业投资热情，推动干热岩开发利用。（作者罗佐县、王迪，单位为中国石化经济技术研究院；作者豆宁辉，单位为中国石化石油工程技术研究院）

责任编辑：沈馨蕊