国外能源公司地热能利用现状以及对中国石化的启示

  1 前言

 

  能源在国民经济中占有极其重要的战略地位，目前全球能源消耗的74%均来自煤炭、石油、天然气等传统化石能源。2009 年，哥本哈根气候变化会议提出了“低碳经济”，即以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式。当前，发展低碳经济，倡导低碳消费已经成为世界人民新的生活方式。

 

  地热能作为一种无污染、可再生的清洁能源，具有稳定可靠、成本低廉、清洁环保等优点，近年来得到了越来越广泛的利用，发展势头也大有追赶广受欢迎的太阳能和风能之势。地热能的利用，直接减少了利用煤炭等常规能源所产生的废气、粉尘排放，净化了大气环境，同时也减少了燃煤所产生的废渣，降低了垃圾的堆放量，其环境效益十分明显，在一定程度上缓解了能源需求增长与环境恶化日益严重的矛盾[1]。

 

  2 国外能源公司地热能利用现状

 

  为了缓解传统化石能源对环境污染的压力，各国政府纷纷出台相关政策鼓励地热产业发展。在节能减排、可持续发展的国际大背景以及政府的支持和鼓励下，自20 世纪初，国外能源公司纷纷将业务拓展到地热开发利用领域，并将地热作为一个新的经济增长点。经过多年的不断探索与发展，以冰岛绿源公司(Geysir Green Energy)为代表的地热供暖、以雪佛龙(Chevron)公司为代表的地热发电、以壳牌(Shell)公司为代表的干热岩发电在地热能开发利用上处于国际领先地位。

 

  2.1 冰岛绿源公司

 

  冰岛绿源公司是国际领先的地热能开发利用企业，拥有一流的地热供暖技术和管理经验，多年来一直致力于地热项目的勘探、开发﹑建设和运营，在地热开发利用的科学规划、多井集输、梯级利用、综合利用、尾水净化和采灌结合等方面形成了自身的技术体系。在地热供暖业务蓬勃发展的基础上，冰岛绿源公司凭借其在地热能开发利用及投资方面的专业知识和经验，不断延伸地热能开发利用产业链，逐渐发展成为了一家综合性的地热能开发利用公司，业务领域涵盖地热供暖、地热钻井、地热发电、热电联产等。

 

  目前，冰岛绿源公司旗下全资拥有冰岛钻井公司(Icelandic Drilling，100%)， 控股冰岛地热开发公司(ENEX，持股73%)和EXORKA INTERNATIONAL( 持股66%)， 参股HITAVEITA SUDURNESJA( 持股32%)、WESTERN GEOPOWER( 持股25%) 和ENEXCHINA(持股33.3%)等专业化地热公司。

 

  冰岛钻井公司是全球领先的专业地热钻井公司，拥有先进的液压钻机(钻井深度500～6000m)，配备有Derrick 泥浆净化系统、现代化的高温钻井泥浆泵以及国际领先的设备控制系统，地热钻井业务遍及冰岛、英国、爱尔兰、葡萄牙、德国等国家，在全球范围内累计钻井超过1000 口； 冰岛地热开发公司成立于1969 年，是冰岛最大的能源和工程公司，业务涵盖EPC 总承包、地热学研究和咨询、融资、资本经营和项目发展；EXORKA INTERNATIONAL是专门从事低温地热资源开发的专业公司，拥有国际领先的低温地热发电技术。

 

  冰岛绿源公司的地热能利用业务遍及冰岛、德国、中国、匈牙利、萨尔多瓦等国家，具有代表性的地热能利用项目包括：

 

  ① 中国咸阳地热区域供热项目[2]。ENEX 公司与中国石化集团新星石油有限责任公司(以下简称新星石油公司) 于2006 年组建了陕西绿源地热能源开发有限公司(新星石油公司占股51%， 冰岛绿源公司占股49%)， 主要从事地热资源综合开发利用和相关工艺技术开发设计。该公司位于咸阳的地热区域供热项目的地热利用温度为90～110℃，一期工程于2006 年投产， 二期工程于2007 年投产，新增供热面积60×104m2。预计到2015 年，该项目供热面积将达到1500×104m2，供暖超过50 万人，从而成为世界最大的地热区域供热项目。

 

  ② 冰岛Svartsengi 热电联产电厂[3，4]。Svartsengi电厂位于冰岛Rekjanes 半岛上的Grindavik 镇附近，是全球首个地热热电联产电厂。该项目共有8口地热井，发电系统总装机容量46MW(地热蒸汽温度158℃)，采用闪蒸+双工质发电工艺，主要包括2个闪蒸单元(flash unit，装机容量30MW 和8MW)和1 个双工质单元(binary unit，装机容量8MW)；供热系统最大负荷150MW， 主要供暖对象为2 万人的区域供暖(温度95～115℃)以及Blue Lagoon 酒店室外游泳池和水疗设施(温度20～80℃)。

 

  2.2 雪佛龙公司

 

  雪佛龙公司是全球最大的能源公司之一，也是世界上最大的地热生产商。从上世纪60 年代开始，雪佛龙公司便涉足地热产业，并且将其地热能利用的重点放在了地热发电领域。凭借位于菲律宾群岛的Tiwi 和Makiling-Banahaw(Mak-Ban) 两大地热项目的实施， 以及在印度尼西亚爪哇岛上的Salak 和Darajat 区域的地热商业生产，雪佛龙公司已经成为全球地热开发领域的领先者。目前，该公司拥有地热发电运行容量1273MW，其中菲律宾的Mak-Ban地热电站运行容量为409MW，Tiwi 电站运行容量为234MW； 印尼的Darajat 电站运行容量为255MW，Salak 电站运行容量为375MW。

 

  2.2.1 菲律宾Makiling-Banahaw(Mak-Ban)和Tiwi 地热发电项目位于菲律宾的Mak-Ban 和Tiwi 两大地热发电项目均是从1979 年便开始运行， 其中Mak-Ban 地热项目共有72 口地热井和16 口回灌井，总装机容量458MW(运行容量409MW)，采用闪蒸+双工质发电工艺， 包括10 个闪蒸单元以及1 个双工质单元(15.7MW)。Tiwi 地热项目共有38 口地热井和21 口回灌井，总装机容量289MW(运行容量234MW)，采用闪蒸发电工艺，全部6 个闪蒸单元中的4 个单元在2005 年进行了整改。

 

  2.2.2 印尼Darajat 和Salak 地热发电项目

 

  印尼Darajat 地区的地热资源以蒸汽为主，最早从1994 年开始开发，雪佛龙公司于2006 年在此建立了Darajat 电站，项目总装机容量为255MW(满负荷运行)，采用闪蒸发电工艺。其中，一期2 个单元装机容量分别为55MW 和90MW，2008 年二期新增1 个110MW 发电单元。Salak 地热电站总装机容量为375MW(满负荷运行)，包括6 个发电单元。

 

  2.3 壳牌公司

 

  壳牌公司自1997 年发展地热业务伊始， 其研究团队便将研究重点放在了具有前瞻性的干热岩发电及综合利用技术上， 研究范围涵盖储层建模、钻井技术研究、短期或长期的商业评估等，同时还在荷兰阿姆斯特丹设有一个1300 人的新能源技术中心。壳牌具有代表性的地热项目主要有萨尔瓦多Berlín干热岩地热发电厂和Soultz 干热岩项目。

 

  2.3.1 萨尔瓦多Berlín 干热岩地热发电厂Berlín 地热资源位于萨尔瓦多东部，自20 世纪60 年代开始开发。Berlín 干热岩地热电厂由壳牌公司建造， 目前由萨尔多瓦当地的LaGeo 公司运营。

 

  该项目分三期建设完成：1992～1999 年间， 采用闪蒸工艺建成2 列28MW 单级闪蒸发电单元；2006年新增1 列闪蒸发电单元， 装机容量44MW；2008年新增1 列双工质发电单元，装机容量9.4MW。目前，该项目总装机容量109.4MW。

 

  2.3.2 Soultz 干热岩项目

 

  Soultz 干热岩发电站由壳牌公司与意大利地热能源公司ERGA、三家法国和德国电力公司合作建设。该项目的开发主要分为三个阶段：

 

  ① 开发试验阶段(1987 ～1997 年)： 相距450m钻了两口深度分别为3590m 和3876m 的地热井(GPK-1 和GPK-2)，在两口地热井之间实现热水循环(25L/s)，到达地面的水温为150℃，在测试过程中保持温度不变。

 

  ② 深层地热开发阶段(1998～2000 年)：GPK-2井加深到5000m，热水温度上升到200℃。

 

  ③ 工业试验阶段(2001～2007 年)：新钻两口新井(GPK-3 和GPK-4)， 井深5000m， 温度为200℃，配套建成一座装机容量为1.5MW 的发电装置， 开始工业试验。

 

  2.4 国外能源公司地热能利用特点

 

  ① 国际性综合能源公司， 拥有雄厚的资金实力、良好的国际声誉以及完整的产业链。

 

  ② 集中优势资源， 重点发展某一项地热业务(冰岛绿源公司主要投资于地热供暖， 雪佛龙公司的重点为地热发电，壳牌则专注于干热岩发电)，在重点领域做强做大的基础上，业务逐渐向地热能利用的其他领域扩张。

 

  ③ 具备完善的科研设备和一流的科研人员，注重科技创新，在地热能开发利用方面形成了完善的技术体系，处于国际领先地位。

 

  ④ 广泛的国际合作，共同研发，为公司创造了良好的经济效益。

 

  3 中国石化地热能利用现状及存在的问题

 

  3.1 中国石化地热能利用现状

 

  为了积极响应国家节能减排号召，中国石化从1998 年便开始发展地热产业。2006 年11 月，新星石油公司与冰岛绿源公司旗下的ENEX 公司合资成立了陕西绿源地热能源开发有限公司， 自此以后，中国石化地热产业进入高速成长期。目前，新星石油公司已发展成为国内常规地热能开发利用的第一大公司。

 

  新星石油公司已经成功在陕西咸阳和河北雄县建立了地热示范区，形成了资源评价选区、钻井成井工艺、泵站及管网建设、节能集输、热能梯级利用、热泵技术等配套技术。在河北雄县采用的“采灌均衡，间接换热”先进工艺，取得了地热尾水回灌技术的重大突破， 真正做到“取热不取水”， 实现了100%同层回灌，年回灌量达280×104m3[7]。

 

  2012 年3 月，中国石化陕西咸阳地热集中供暖项目成功注册为全球第一个地热供暖清洁发展机制(CDM)项目。

 

  2012 年6 月29 日， 国家能源局同意并批复中国石化成立国家地热能源开发利用研究及应用技术推广中心，组建自己的研发科研机构，培养地热能开发利用综合性人才。

 

  2012 年11 月，中国石化雄县地热供暖CDM 项目注册工作获得国家发展改革委的批准，未来还将进一步推动山东等其他地区地热新项目的CDM 申报工作。

 

  截至2012 年底， 新星石油公司地热开发区域已扩展到山东乐陵和商河、山西运城、河南长垣、河北雄县、陕西咸阳和武功、辽宁盘锦等地，拥有地热井91 口，供暖能力达1000×104m2，约占全国常规地热供暖面积的25%，每年可替代标准煤14×104t，减排二氧化碳38×104t[7]。

 

  据《中国石化》杂志2012 年底报道， “ 十二五”期间， 中国石化地热板块预计实现供暖/制冷面积3000×104m2，建成发电装机容量10MW，节能服务规模发展到10MW。“十三五”期间，预计供暖/制冷面积将达到1×108m2， 建成发电装机容量100MW，节能服务规模发展到100MW。

 

  3.2 存在的问题

 

  目前，中国石化地热资源的开发利用还处于起步探索阶段，与国外能源公司相比，仍存在一些问题和不足[8]。一是当前地热业务范围仅局限于地热供暖，尚未形成地热供暖、制冷、发电、热电联产等完整产业链；二是尚未建立起一套先进的地热开发利用技术体系，缺乏拥有自主知识产权的地热能开发利用核心技术，资源利用率较低，综合开发利用效益较低。

 

  4 给予中国石化地热能利用的启示

 

  4.1 充分发挥“起步早”的优势，实现地热产业规模化、专业化、品牌化和国际化在地热业务发展上，与中国石油、中国海油相比，中国石化已经走在了前列。新星石油公司作为中国石化新能源发展的一个平台， 经过10 余年的不懈探索和实践，已经取得了一定成效，成为国内地热行业的领军企业。因此，中国石化一定要充分发挥地热业务起步早、各项技术较为成熟的优势，积极拓展地热业务领域，逐步实现地热产业的规模化、专业化、品牌化和国际化。同时，要不断完善地热供暖、制冷、发电、热电联产等产业链，为节能减排贡献力量。

 

  4.2 集中优势资源，做到重点突出， 实现地热业务全面发展① 重点发展地热供暖，扩大地热供暖规模。根据全国不同地区的地质条件、气候条件以及市场环境等因素，按照“资源引导市场”的要求，通过“深浅结合、梯级利用”的方式[9]，在全国范围内实现地热供暖业务的统筹规划、协调布局，稳步扩大地热供暖规模，积极抢占市场。

 

  ② 在做强做大地热供暖业务的基础上， 逐步拓展地热能利用范围，积极推进地热发电等科研攻关，延伸地热能利用产业链，实现业务全面发展，提升地热业务的整体效益。

 

  4.3 加大地热开发利用的科研投入和技术创新，完善技术支撑体系充分利用国家地热能源开发利用研究及应用

 

  技术推广中心的引领作用，加大科研投入和技术创新，促进地热开发利用关键技术的研发及推广应用(如不同地质条件下地热尾水回灌技术、地热资源梯级利用与综合开发利用等)， 做好前沿技术储备(干热岩发电技术及综合利用核心技术)， 扩大地热产业规模，提高开发利用水平，逐步完善国内地热产业标准体系建设，提升中国石化在地热开发利用领域的影响力。

 

  4.4 增进国际交流与合作，取长补短， 引领中国地热产业发展充分利用与冰岛绿源公司的战略合作伙伴关系，加强国际间的技术交流合作，吸收国外先进经验(如地热开采与回灌技术、发电与热利用技术等)，取长补短，形成适合中国地热资源开发利用的专有技术，实现地热资源的梯级综合利用，提高地热资源的利用效率，持续引领中国地热产业发展。

 

  4.5 加强制度建设，积极争取政策支持， 推动地热产业快速健康发展加快地热开发利用技术的制度建设，逐步建立良好、规范的激励体制，将地热开发利用纳入到生产经营工作中。充分利用国家及地方出台的一系列与地热能或浅层地温能开发利用相关的政策法规，积极寻求政策和资金支持。重点工程建设项目可以考虑申请政府资金补助、贷款贴息、投资退税或生产减税等优惠政策，推动地热产业快速健康发展。