在當前全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、積極應(yīng)對氣候變化的背景下,開發(fā)清潔、穩(wěn)定、低碳的可再生能源已成為各國共識。地熱能,作為地球內(nèi)部蘊藏的天然熱庫,正以其獨特的優(yōu)勢脫穎而出。它不僅是一種儲量巨大的基礎(chǔ)性能源,更因其在發(fā)電和直接利用過程中近乎零碳排放的特性,被廣泛視為實現(xiàn)清潔低碳未來的關(guān)鍵力量之一。如何更高效、更安全、更經(jīng)濟地開發(fā)利用這一寶藏,是擺在科研人員面前的重大課題。位于北京昌平區(qū)的未來科學(xué)城“能源谷”,正成為解答這一課題的前沿陣地,而中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院(以下簡稱“華能清能院”)在此交出了一份令人矚目的“滿分答卷”。
地熱能的“清潔低碳”密碼
地熱能的清潔低碳屬性根植于其本質(zhì)。與化石燃料燃燒釋放巨量二氧化碳不同,地熱能的利用主要是提取地球內(nèi)部的熱量。在理想的開環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中,地熱流體(熱水或蒸汽)被抽取至地表驅(qū)動渦輪發(fā)電,之后絕大部分流體通過回灌井被重新注入地下熱儲層,形成一個近乎封閉的循環(huán)。這個過程本身不涉及燃燒,因此直接排放的溫室氣體極少。即便是系統(tǒng)中可能伴生的少量非凝性氣體(如二氧化碳、硫化氫),現(xiàn)代技術(shù)也已能實現(xiàn)高效的捕獲與處理,進一步降低環(huán)境影響。
其“低碳”優(yōu)勢還體現(xiàn)在全生命周期的碳排放強度極低。研究表明,地熱發(fā)電的度電碳排放強度僅為光伏發(fā)電的1/8,風電的1/6,更是遠低于任何形式的化石能源。地熱發(fā)電不受天氣、晝夜、季節(jié)影響,可以提供穩(wěn)定可靠的基荷電力,完美彌補了風電、光伏間歇性的短板,是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的穩(wěn)定器。
挑戰(zhàn)與突破:華能清能院的“科技利刃”
盡管優(yōu)勢明顯,但地熱能的規(guī)模化發(fā)展仍面臨諸多技術(shù)挑戰(zhàn):如何經(jīng)濟地開發(fā)更深、更熱、滲透性不佳的干熱巖資源?如何提高熱儲工程效率與長期穩(wěn)定性?如何解決地熱流體可能帶來的腐蝕與結(jié)垢問題?如何實現(xiàn)地熱能與其它能源的互補耦合?
針對這些核心難題,扎根于未來科學(xué)城能源谷的華能清能院,依托其國家級研發(fā)平臺和創(chuàng)新生態(tài),開展了一系列開創(chuàng)性的技術(shù)研發(fā),取得了系統(tǒng)性突破:
- 增強型地熱系統(tǒng)(EGS)技術(shù)攻關(guān):針對我國廣泛分布的干熱巖資源,研究院重點攻關(guān)EGS技術(shù)。通過創(chuàng)新性的儲層壓裂改造、微震監(jiān)測與流體運移模擬技術(shù),成功實現(xiàn)了對地下深部熱儲的人工創(chuàng)建與高效控制,使得“取熱不取水”開發(fā)干熱巖成為可能,極大地拓展了地熱資源的可利用范圍。
- 中深層地熱高效利用技術(shù)體系:對于傳統(tǒng)水熱型地熱資源,研發(fā)團隊優(yōu)化了“取熱+同層回灌”技術(shù),確保了資源可持續(xù)開發(fā)。創(chuàng)新開發(fā)了高效的中低溫地熱發(fā)電有機朗肯循環(huán)(ORC)系統(tǒng),大幅提升了熱能轉(zhuǎn)化效率,讓更多中低溫地熱田具備了發(fā)電經(jīng)濟性。
- 多能互補與綜合利用集成:華能清能院不止步于單一地熱開發(fā),而是著力構(gòu)建“地熱+”智慧能源系統(tǒng)。例如,將地熱發(fā)電與太陽能熱增強相結(jié)合,提升系統(tǒng)總效率;打造地熱能用于發(fā)電、供暖、制冷、農(nóng)業(yè)溫室及工業(yè)干燥的梯級綜合利用模式,實現(xiàn)“一能多用”,能效和經(jīng)濟性最大化。
- 數(shù)字化與智能化運維:利用大數(shù)據(jù)、人工智能和數(shù)字孿生技術(shù),構(gòu)建了地熱田全生命周期智能管理平臺。該平臺可實現(xiàn)資源評估、鉆井設(shè)計、產(chǎn)能預(yù)測、系統(tǒng)優(yōu)化和故障診斷的智能化,顯著降低了開發(fā)風險和運維成本。
“能源谷”的協(xié)同創(chuàng)新生態(tài)
未來科學(xué)城“能源谷”作為北京建設(shè)國際科技創(chuàng)新中心“三城一區(qū)”的主平臺,匯聚了眾多能源領(lǐng)域國家級研發(fā)機構(gòu)、高校和高新技術(shù)企業(yè)。華能清能院的成果正是在這一肥沃的創(chuàng)新土壤中孕育而生。這里形成的“產(chǎn)學(xué)研用”緊密協(xié)同生態(tài),促進了基礎(chǔ)研究、技術(shù)開發(fā)、工程示范和產(chǎn)業(yè)孵化的快速迭代。地熱研發(fā)團隊能夠便捷地與材料科學(xué)、信息技術(shù)、地質(zhì)工程等跨領(lǐng)域?qū)<液献鳎铀倭思夹g(shù)瓶頸的突破。
交出“滿分答卷”,引領(lǐng)未來能源
通過上述全方位的技術(shù)布局與創(chuàng)新,華能清能院不僅為我國地熱能的高質(zhì)量發(fā)展提供了堅實的技術(shù)支撐,更在全球地熱科技競爭中占據(jù)了重要一席。其交出的這份“滿分答卷”,核心在于:
- 清潔性:通過閉環(huán)系統(tǒng)和排放控制技術(shù),確保了開發(fā)過程的環(huán)境友好。
- 低碳性:憑借高效轉(zhuǎn)化與綜合利用,提供了全生命周期最低碳的穩(wěn)定能源之一。
- 經(jīng)濟性:通過技術(shù)革新降低開發(fā)成本,提升能源產(chǎn)出,增強了市場競爭力。
- 可持續(xù)性:強調(diào)科學(xué)回灌與資源管理,保障了地熱資源的長期可持續(xù)利用。
隨著“雙碳”目標的深入推進,地熱能的重要性將愈發(fā)凸顯。以華能清能院為代表的科研力量,在未來科學(xué)城“能源谷”的創(chuàng)新引擎驅(qū)動下,將持續(xù)推動地熱能技術(shù)的進步與產(chǎn)業(yè)化,讓來自地球深處的清潔熱量,更高效、更廣泛地服務(wù)于人類的綠色低碳生活,為構(gòu)建清潔、安全、高效的現(xiàn)代能源體系書寫更為精彩的篇章。