地热可否带来能源的春天

　　一位耄耋老人站在海河岸边，久久凝视着军粮城发电厂烟囱的滚滚浓烟，惋惜地说：“如果把地热用到这里来，不仅能节约宝贵的煤，还能减少多少城市的污染啊！”这位老人就是地质学家、新中国地质工作的开拓者和领导者李四光。直至1971年4月，这位地质学家的伟大一生画上句号，李四光一直关注着中国地热事业。人们后来在他的衣服口袋里发现了几张小纸条，上面仍记录着一些待办的事项，其中一条就是有关天津地热工作的指示。“大力发展中国地热事业，是李四光先生未了的遗愿。”中国地球物理学会地热专业委员会主任、中科院地质与地球物理研究所研究员庞忠和在接受《中国科学报》记者采访时表示，“上世纪70年代，我们要发展地热什么都没有，如今我们什么条件都有，是时候放开手脚，开展新时代的地热事业了。”进入12月以来，我国多地遭遇严重雾霾天气，104座城市同时陷入空气重污染。治理雾霾，已成为中国头等大事。根据气候变化专门委员会（IPCC）的分析报告，就技术开采潜力而言，地热能是仅次于太阳能的第二大清洁能源。在节能减排呼声日益高涨的今天，它的开发利用被认为是人类实现可持续发展的一个重要途径，正在世界范围内迎来发展的战略机遇期。陕西省临潼县南门外，汩汩流淌着享誉古今的华清池温泉。然而，由于过量开采，该区域地下水位逐年下降，华清池如今也将面临枯竭之虞。无独有偶，开发地热温泉较早的天津、北京等地，也相继出现了地热资源减少的情况。中国地质大学水资源与环境学院教授周训指出，近年来，由于周边温泉度假村的过度开发，加之区域性降雨量的减少，北京地热集中开采区地下水位正在以每年约2米的速度下降，小汤山等地的地下热水水位更是已下降了数十米。在考察河北地热开发利用情况回京的路上，庞忠和接起了《中国科学报》记者的电话。谈及部分地区地热温泉枯竭的问题时，他认为要辩证地看待这个问题。“我国开发地热资源程度比较高的华北地区，特别是京津这些具有三四十年开发历史的地方，确实有水位下降过快、逐步枯竭的趋势，这是客观存在的。但是在更多的地方，有很丰富的地热资源还没有被利用。”庞忠和说，“我们作过一个估算，实际上我国可开采的地热资源，现在才只开采了万分之几。”不仅如此，庞忠和告诉记者，近两年地热勘探又有新的发现。“在我国西部，之前认为没有高温地热的地方，打出了高温地热井。比如新疆西部，发现了160℃高温地热；四川西部，打到了208℃的高温地热井。”“如果兼顾这两个因素已知地热资源的未充分开发，加上新发现的地热资源，我们完全可以乐观一点，我国地热资源的潜力是巨大的，根本没有达到枯竭这个水平。”庞忠和指出，我国地热发展亟待打开“从重点到全面开发”的局面。“地球内部温度高达4500℃，蕴藏着巨大的天然热能，好比一个核裂变的，无时无刻不在产生大量的热，不利用就是浪费。”北京地热研究院院长邹登亮告诉《中国科学报》记者，目前北京市已探明地热田10个，总资源储量179.73亿m3热流体，折合标煤约2.14亿吨。资源枯竭的始作俑者往往是过度开发，而地热作为具有可再生能力的资源，“回灌”则有望使枯竭的地热起死回生。“回灌做到位的话，地热实际上是可以再生的。”庞忠和举例说，天津就是一个典型的案例，“这些年，天津的回灌始终没有做起来。从地热行业来讲，这其实是我们工作的重点。”“回灌成本因地而异。”他告诉记者，他们刚刚考察了河北雄县的地热利用情况，那里几乎达到了100%回灌，而且成本很低，不需要耗费任何电力。周训指出，一般认为，温泉和地下热水的水源主要来自大气降水，大气降水在地形较高的补给区渗入到地下成为地下水，地下水沿着渗透性较好的断层破碎带或含水层进行深循环。不过，对于较深地层而言，这个过程可能需要成百上千年。并且，周训认为，山地和平原地热无论从开发利用，还是在回灌方面，也全然是不同的概念，应区别对待。邹登亮则认为，回灌技术的研究还有待进一步深入。“到底多少回灌量合适？不能说某个点回灌多少合适，应该以整个区域作为回灌对象。”“现在大规模的回灌，还没作深入的研究。特别是细颗粒的地层，第三系和第四系，回灌很困难。”邹登亮有长期的地热工程经验，他认为天津回灌的难点就在于，开采点位于第三系地层。“北京回灌能超过70%，而天津陕西加起来不到30%。”另外，回灌作为地热资源“取热补冷”的能源化利用的最后环节，具体会对地层产生什么后果，也需要进一步深入研究。“200米以内的浅层地热的利用，在过去20年中可谓突飞猛进，每年的增长大概在20%左右，几乎占到我国地热直接利用的半壁江山。”庞忠和介绍说，可以预期，在我国地热发展路线年，浅层地热的开发利用将会持续增长。周训告诉《中国科学报》记者，自然出露的天然温泉除了开发以、疗养为主题的温泉旅游业之外，还可以用以温室种植和养殖、烘干等，温度较高的热水可用来局部供暖，极少数地点的高温热水可用来发电。而借助热泵技术，蕴藏在地表下200m浅岩土体中的地热，冬季可以把土壤中的热量“取”出，提高温度后供给室内采暖；在夏季则可把室内的热量“取”出来释放到土壤中去，降低室温。邹登亮介绍说，由于地源热泵技术成熟，节能、减排的优势已被广泛认知和普及，在北美、欧洲、中国等地已经得到广泛应用。庞忠和进一步指出，200m～3km的水热型地热能，属于常规开采资源，多用于直接给房屋供暖，由于地热热源稳定，地热可满足我国北方持续4个月的房屋供暖。除此之外，水热型地热资源也常用于农业和旅游业开发，当前多数温泉疗养都来自于地下上千米深的“人工温泉”。发电是地热资源利用另外一个重要的应用方面。庞忠和向《中国科学报》记者介绍说，我国在利用中低温和高温地热发电方面都曾经作过很多探索和尝试。遗憾的是，限于成本和技术上的问题，中低温地热发电的转换效率和经济效益并不理想，先后7个地热电厂纷纷“下马”，只剩“独苗”羊八井高温电站。“羊八井的装机容量为25000千瓦，持续运行了30多年，每年提供的电量相当于整个拉萨用电量的50%以上。”庞忠和认为高温地热发电前景值得关注。地层更深处，是3km～10km的干热岩。庞忠和告诉记者，我国在干热岩的利用方面还没有开始，目前还停留在技术研究和储备上，还没有进入开发利用的阶段。“美国在干热岩发电方面已经有40年的探索，欧洲有30年，可以说干热岩到了商业化运作的时代。但是人们对干热岩的利用规模仍然非常小，保守估计全世界干热岩发电的装机容量不超过100兆瓦。”庞忠和指出，随着干热岩发电技术的逐渐成熟，将成为地热发电的又一增长极，“我们现在迫切需要迎头赶上”。“今年欧洲经济不景气，二氧化碳碳汇交易市场上价格是25元/吨。使用地热能供暖，每100万平方米每年节约的二氧化碳接近10万吨，这样就是250万元，这相当于每平方米供暖通过节约碳汇获益2.5元。北京每平方米供暖费是30元，2.5元就是8%，这已经很可观了。”“作为发展中国家，目前中国还没有减排责任。以后肯定是要有的。”邹登亮指出，这样一来，国内就有碳汇压力了，“我个人认为，5年以内碳汇价格将会上涨。”“地热能一旦开发成功，它是稳定的，可以一年365天、每天24小时连轴转，风能太阳能都不可能实现。”庞忠和说，“所以，地热能可以作为基础负荷来对待。”环境和能源两大问题，是悬在中国发展道路上的达摩克利斯之剑。可以说，尽快促进清洁能源的开发和利用，是我国经济转型的热切需要。“我国能源其实不匮乏，但清洁能源非常匮乏，尤其是北京市，北京市能源输入是95%。”邹登亮说，消不散的雾霾已经敲响了警钟。冰岛首都雷克雅未克是目前世界上最清洁的首都之一。然而，人们或许难以想象，就在上世纪90年代，雷克雅未克的上空也被雾霾所笼罩。1970年，雷克雅未克实现99.8%的住宅采用地热系统供暖，全市区90%的能源来自地热。2008年，雷克雅未克成为环境友好型城市的标杆。