地热资源是指在一定的技术和地质条件下,能够科学合理地开发出来的地壳岩石中的热能量,地热流体中的热能量,以及伴生的有用部分,是高清洁度可再生能源。
国际上一般将地热资源分为三类:第一类称作可及资源基数,指地表以下5000米之内积存的总热量,这部分热量在理论上和技术上是可以应用的;第二类称作资源,指上述资源基数中40~50年内可望有经济价值的;第三类谓之可采资源,指资源基数中10~20年内即可具有经济价值的资源。据帕莫瑞尼估算,全球地热能资源基数为1.4×1012亿焦/年。
美国引领地热资源开发利用
地热发电一般不需燃料,发电成本多数情况下比水电、火电、核电要低,设备的利用时间长,建厂投资一般都低于水电站,且不受季节变化的影响,环境污染程度低。为了进一步提高地热利用率,许多国家还采用了梯级开发和综合利用办法,如热电联产联供、热电冷三联产、先供暖后养殖等。
美国地热开发最为成熟和先进,是全球地热资源最丰富的国家,也是世界上最早开发地热资源的国家。20世纪60年代,美国就开始利用地热资源进行规模化电力生产,至今已有50多年。长时间的地热资源开发利用和技术进步,奠定了美国在全球地热领域的领先地位。
根据《美国2012年度地热能源生产与发展报告》,目前美国地热发电装机容量约为3187兆瓦,占全球28.39%,位居世界第一。2010年1月至2012年3月,美国开发了5处地热发电,共计9万千瓦。目前,美国共有9个州进行地热发电,按照发电量大小排列依次为加利福尼亚州、内华达州、夏威夷州、阿拉斯加州、犹他州、怀俄明州、爱达荷州、俄勒冈州、密西西比州,其中加利福尼亚州占82%,内华达州占15%。
目前美国共有147个项目发展规划,其中130个项目已确定,另外17个项目处于论证阶段。项目选址涉及的州增加了7个,分别为亚利桑那州、新墨西哥州、得克萨斯州、路易斯安那州、科罗拉多州、明尼苏达州及华盛顿州。目前美国15个州有发展地热项目意向。
经过长期的积累和摸索,美国地热资源开发技术有了较大进步。目前比较成熟的技术主要有三种:一是干蒸汽发电技术,利用该技术的发电量约为1585兆瓦;二是闪蒸汽发电技术,利用该技术的发电量约为900兆瓦;三是二元地热技术,该技术可用于较低温度的地热资源的开发,使得地热产业走出加利福尼亚州,目前利用该技术的发电量约为702兆瓦。
各国争相追上地热列车
菲律宾力争超越美国,成为地热发电大国。上世纪80年代中期,新成立的阿基诺政权出于对核电技术和运营安全的忧虑,叫停了核电站的运营许可,导致90年代菲律宾的地热发电量大幅增加。目前菲律宾是仅次于美国的世界第二大地热能源开发国。
过去菲律宾只能利用高温地热资源,现在借助科技发展,菲律宾可利用热泵技术将低温地热用于供暖和制冷。2008年,地热能源占菲律宾总能源产出的17%,总装机容量达到200万千瓦。2009年,该国政府就10处地热资源开发项目进行招标,新增开发62万千瓦的地热能源。菲律宾计划在2013年利用“地热-1”计划,使地热发电量超过美国,成为世界第一地热发电大国。
印尼与菲律宾争夺地热发电大国地位。印尼地热资源排名世界第二位,曾有调查机构认为印尼为最大地热资源国,拥有资源量据推测占全世界20%~40%,大约2900万千瓦的地热资源量,而目前被开发出来的地热发电量远远落后于美国和菲律宾。
印尼政府此前一直在促进地热开发。2003年制定了《地热法》,允许民营企业参与此前由国有企业承担的地热开发业务。2005年,当时的尤多约诺政府制定了大规模地热开发的进程表,并于2006年作为总统令发布。这是一项极具雄心的计划,要使地热发电量从2005年的86万千瓦增长至2008年的200万千瓦,2012年达344万千瓦,2016年达500万千瓦,到目标年度的2025年增至950万千瓦,占国家能源总量的5%。
虽然实际开发量到2012年3月底仅有123万千瓦,但在该国经济显著增长等背景下,已有力地促进了地热开发。印尼政府于2009年还曾发布了第二次促进电源开发计划,表明了5年内增加1000万千瓦发电容量的目标。当时该国的发电容量为3000万千瓦左右,因此相当于增加了1/3。其中大约400万千瓦为地热发电。2010年,针对战略性的重要业务,印尼批准了相当于50亿美元的地热开发业务。
2010年4月,时任总统尤多约诺在巴厘岛举行的世界地热会议上表明,印尼要力争成为全球第一地热资源利用大国。
除美国、菲律宾、印尼之外,全球很多国家也都不同程度实施了地热资源开发。日本地热资源丰富,因处于太平洋火山带,拥有火山245处,活火山65处,温泉2200处,热水井2.2万处。日本十分重视地热资源开发,目前的地热资源广泛用于农业,栽培、农产品加工、动物饲养、农业灌溉等。
澳大利亚、爱尔兰、冰岛、中国等都有地热项目实施。冰岛88%的房屋供暖采用地热,热能直接利用人均世界第一。地热能在一次能源中所占的比例已达66%。尽管冰岛是世界地热开发的“楷模”,但迄今为止冰岛地热发电的潜力只发挥了一小部分。为了深化地热开发,冰岛积极推动深钻项目,计划在其东北部钻探数口3500~4000米深井。
地热发展难过成本关
过去,人们并非没有意识到地热资源开发的可贵,地热资源占地少,对环境的破坏小。事实上,许多先天条件优良的国家的确在尝试地热发电和地热供暖等。但百年过去,地热只在少数国家和地区得以大规模应用,即便是拥有世界地热资源20%~40%的印尼,也只开发利用了大约3%,更多的国家只能望“热”兴叹。追根究底,症结在于地热开发居高不下的成本。
全球各地资源条件与发展基础不同,地热开发的成本也不尽相同。如印尼的地热资源与火山密不可分,仅修建道路等基础设施就价格不菲;世界第二大地热生产国菲律宾,必须通过技术解决活火山地区抗高酸性腐蚀输送管道的难题。
但不管怎样,用地热等清洁能源逐渐替代石油等不可再生能源在世界能源构成中的比例趋势不可逆转。目前,许多国家制定了优惠政策,扶持激励相关的研发工作。在许多能源发展机构的支持下,一些具有经济效益的技术示范项目正在实施,新的电生产转换循环、生产热量的吸收泵等创新技术正在不断被工业界接受。可以预见,一旦技术创新让地热开发成本降低,世界必将迎来地热大规模应用新时代。
“由温转热”正当时
地热能源协会于2012年5月23日发布全球地热利用市场概述报告,认为2011~2012年是全球地热发电规模大幅增长时期。截至2012年5月,全球安装的地热容量约为1122万千瓦。尽管美国仍然是世界上领先的装机容量国,约为320万千瓦,但全球市场增长速度已明显高于美国增长速度。
除美国外,一些后来者如土耳其、肯尼亚等国也陆续表达了发展地热的愿望。土耳其已被视为“热门”的欧洲地热市场国家,并且是世界第七大最有前途的地热资源产业国家,拥有200万千瓦的地热潜力。
世界银行近日宣布,将在全球范围努力推动发展中国家利用尚未充分开发的地热资源,扩大利用可再生能源发电。世界银行官员曾大力呼吁多边银行、各国政府和私营部门共同参与一项“全球地热开发计划(GGDP)”,以期更好地管理和降低钻井风险,使目前处于边缘的可再生能源进入主流,为千百万人提供电力。
许多发展中国家集中的地区包括东亚、东南亚、中美洲和安第斯地区具有丰富的地热资源,至少有40个国家拥有足够的地热潜力可以满足他们很大一部分电力需求。“全球地热开发计划”的初步目标是筹集5亿美元,捐助方可通过帮助识别可行的项目,通过双边援助及气候投资基金(CIF)或全球环境基金(GEF)等现有渠道参与该计划。“全球地热开发计划”将由世界银行的“能源部门管理援助计划(ESMAP)”负责管理。据介绍,世行对地热开发的融资已从2007年的7300万美元增至2012年的3.36亿美元,目前在世行可再生能源贷款总额中的比重接近10%。