能源規(guī)劃

地?zé)崮苋绾胃淖兠绹?guó)的能源結(jié)構(gòu)

  假設(shè)我們能夠把埋藏在美國(guó)地下3000多米深的地?zé)豳Y源充分利用起來(lái),依照現(xiàn)今的使用數(shù)據(jù)來(lái)看,足夠滿足美國(guó)未來(lái)30000年的能源需求。但是,把能源完全利用起來(lái)的可能性幾乎為零,這既是一個(gè)技術(shù)問(wèn)題,也是一個(gè)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。然而僅僅從這部分能量中拿出5%,也足以制造出供應(yīng)全美2. 6億人口的用電需求量。對(duì)于這個(gè)5%的目標(biāo),美國(guó)國(guó)家能源可再生能源實(shí)驗(yàn)室宣布到2050年就可以實(shí)現(xiàn),屆時(shí),通過(guò)地?zé)豳Y源發(fā)電2600億瓦,對(duì)煤炭資源的依賴會(huì)減少1/30開(kāi)發(fā)地?zé)豳Y源要面對(duì)嚴(yán)峻的地?zé)?/a>學(xué)問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō),地?zé)岚l(fā)電是將地下的熱水或熱氣用管道輸送到地表,然后利用其驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)來(lái)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。地下熱水的溫度決定了渦輪機(jī)的工作效率:水溫越高,工作效率越高;同時(shí),地?zé)崴?/a>最低溫度也需要達(dá)到93. 3 ℃。然而,地下只有有限的熱點(diǎn)有水存在并且能加以利用。
 
  美國(guó)的一個(gè)最好的例子是吉賽斯熱點(diǎn)。它位于圣弗朗西斯科以北72英里處的峽谷中,熱氣不斷地從地下翻滾到地表,排列整齊的金屬管將熱氣運(yùn)送上來(lái)驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī),其發(fā)電量可達(dá)8. 5億瓦。
 
  蓋依塞斯高溫地?zé)?/a>田是世界最大的地?zé)岚l(fā)電廠所在。在14200英畝地?zé)?/a>區(qū)內(nèi)鉆了38朋良地?zé)峋?/a>,現(xiàn)有260眼生產(chǎn)井,共20個(gè)發(fā)電廠,裝機(jī)總?cè)萘?000兆瓦,生產(chǎn)電力3. 56億度。
 
  黃石國(guó)家公園是世界上第一個(gè)國(guó)家公園自然保護(hù)區(qū),也是世界上最大的水熱對(duì)流系統(tǒng)的地表顯示區(qū),有10000多處獨(dú)立的間歇噴泉、熱泉、噴汽孔、泥火山、沸泥池等景觀。美國(guó)法律規(guī)定其只作為自然景觀發(fā)展旅游而不得作為地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用,近30年來(lái),這里每年接待游客均在200萬(wàn)人上下。
 
  美國(guó)的中低溫地?zé)豳Y源相對(duì)于上述高溫地?zé)?/a>田的世界知名度來(lái)說(shuō),過(guò)去鮮為人知,在美國(guó)的地?zé)衢_(kāi)發(fā)史上也未予足夠重視,但近些年來(lái)從充分利用能源的角度考慮,均有一定的發(fā)展。
 
  如博依西市和圣貝納迪諾市地?zé)?/a>供熱系統(tǒng)都是1983年才開(kāi)始建設(shè)的,雖然規(guī)模還不大,但因地?zé)峁┡?/a>的成本不足原汽油鍋爐供暖成本的一半,其新的供暖工程均在發(fā)展之中。
 
  克拉瑪斯福爾斯市有500多眼地?zé)峋?/a>,熱儲(chǔ)為第四系玄武巖,裂隙強(qiáng)滲透性受盆地邊緣北西向斷裂帶控制。
 
  熱水井深40 ^- 600米,熱水溫度49 }-1100C,單井出水量每小時(shí)可達(dá)164立方米,主要用于家庭、樓房、教堂、學(xué)校等地?zé)峁┡?/a>,地方法律規(guī)定利用地?zé)?/a>必須回灌。俄勒岡理工學(xué)院有3眼生產(chǎn)井,2眼回灌井,利用89℃地?zé)崴?/a>,供校園11棟樓供暖,也可用于制冷。醫(yī)院供熱制冷系統(tǒng)己有一眼生產(chǎn)井,正擬自建回灌井,其余大部分是居民樓分散的井下熱交換器地?zé)峁┡?/a>,有的也包括制冷,均不直接抽取地?zé)崃黧w。
 
  博依西市低溫地?zé)崽?/a>位于市東北近郊山前,熱儲(chǔ)是第四系玄武巖裂隙高滲透性含水層,埋藏百余米至千余米深,受東北一西南向斷裂帶控制,地?zé)崴疁囟?/a>770C,單井出水量每小時(shí)191立方米左右,雖然美國(guó)最早的地?zé)峒夹g(shù)發(fā)展國(guó)家。
 
  供暖始于本市(1894年),但發(fā)展不快。博依西市現(xiàn)建有市政、州議會(huì)、聯(lián)邦和溫泉村4個(gè)區(qū)域供暖系統(tǒng),但使用溫泉村地?zé)峁┡?/a>的住戶不足1%,其余3個(gè)系統(tǒng)均為辦公樓供暖,地?zé)峄厮糠?a href="http://www.rijz.cn/t/回灌.html" >回灌地下。
 
  圣貝納迪諾低溫地?zé)崽?/a>位于市中心,熱儲(chǔ)層是夾在粘土層間的第四系沖積砂層,估計(jì)厚400米左右,己鉆10眼井,大部分是勘探井,僅2眼生產(chǎn)井,井深均300米,水溫在井底71℃,在井口600C,單井自流量每小時(shí)273立方米。為適應(yīng)擴(kuò)大地?zé)?a href="http://www.rijz.cn/t/供暖系統(tǒng).html" >供暖系統(tǒng),現(xiàn)第二生產(chǎn)井正改建,擬安裝抽量每小時(shí)1091立方米的大泵,現(xiàn)地?zé)峁芫W(wǎng)展布于3平方英里的地域內(nèi),為市政廳、政府機(jī)關(guān)、血庫(kù)和旅館等供暖,供暖成本是原燃油鍋爐的一半。開(kāi)采地?zé)?/a>近10年來(lái),圣貝納迪諾夏季枯水期水位降至6米,但冬季豐水期水位仍能自流,水質(zhì)滿足飲用水標(biāo)準(zhǔn)。
 
  加里佛尼亞、內(nèi)華達(dá)、愛(ài)達(dá)荷、俄勒岡等州也有高溫熱點(diǎn),其潛在的發(fā)電量可達(dá)用電需求量的很大的比例(如內(nèi)華達(dá)的地?zé)岚l(fā)電可滿足60%的用電量),但是這些州的地?zé)釡囟?/a>很少能達(dá)到吉賽斯的熱度(可達(dá)204℃或更熱)。同時(shí),大部分時(shí)間開(kāi)發(fā)者要在地下10千米處才能探尋到流動(dòng)的熱流體,因此找到合適的鉆探場(chǎng)所也是一個(gè)很大的難題。美國(guó)愛(ài)達(dá)荷州地?zé)峁驹谠撝菽喜康貐^(qū)剛剛建成了一個(gè)1300萬(wàn)瓦的地?zé)?a href="http://www.rijz.cn/t/發(fā)電廠.html" >發(fā)電廠,公司總經(jīng)理道·格拉斯比說(shuō)他希望具有X射線透視能力,“這樣,我就能發(fā)現(xiàn)地?zé)醿?chǔ)層的位置。這個(gè)工作最大的風(fēng)險(xiǎn)就是尋找儲(chǔ)層。打一眼井花費(fèi)200 }- 300萬(wàn)美元。如果打的是一眼廢井,你將一無(wú)所有。”此外,如果遇了一個(gè)好的熱點(diǎn),公司就要建一個(gè)發(fā)電廠或加熱系統(tǒng),這將需要很大的先期投入以及多眼鉆井。格拉斯比估計(jì)建立一個(gè)地?zé)岚l(fā)電站,“每兆瓦電要花費(fèi)350 ^-400萬(wàn)美元?!?/div>
 
  地?zé)岚l(fā)電廠目前只有8%-V 15%的能效,還不到煤發(fā)電廠的一半。較高的先期投入加上較低的能效使得地?zé)岚l(fā)電的成本大約兩倍于煤發(fā)電的成本(煤電的銷售價(jià)格約為每千瓦時(shí)5美分)。然而,美國(guó)國(guó)家能源可再生能源實(shí)驗(yàn)室地?zé)峒夹g(shù)經(jīng)理吉拉德.尼克斯卻認(rèn)為勘探鉆探技術(shù)的改進(jìn)能夠使地?zé)岚l(fā)電比煤發(fā)電便宜。當(dāng)前,工程地?zé)狍w系(EGS)負(fù)責(zé)提高和改進(jìn)這些技術(shù),該體系能夠從滲透性差、不利于水體循環(huán)或開(kāi)始時(shí)沒(méi)有充足水量的巖石熱點(diǎn)中將熱量擠壓出來(lái)。根據(jù)2006年題為“地?zé)崮?/a>量的未來(lái)”的國(guó)家報(bào)告,截止到2050年,工程地?zé)狍w系向美國(guó)地?zé)岚l(fā)電量預(yù)案要貢獻(xiàn)至少1000億瓦的電量,可占美國(guó)總電力的10%0地?zé)崮?/a>量并不僅僅局限于用來(lái)發(fā)電:如果地?zé)?a href="http://www.rijz.cn/t/資源.html" >資源的溫度沒(méi)有高到有效發(fā)電的程度可以通過(guò)管內(nèi)的水體循環(huán)為樓房供暖。美國(guó)有許多這種較低溫度的熱點(diǎn)。從北達(dá)科他州劃一條線到得克薩斯,該線以西的各州幾乎都有溫度至少達(dá)到93. 3℃的地熱源。
 
  即使沒(méi)有隨處可見(jiàn)的熱點(diǎn),也可在地表鉆洞取熱以減輕對(duì)化石燃料的需求,美國(guó)所有的土地都適合進(jìn)行地?zé)釤岜?/a>技術(shù)的研究,即冬季熱能從地下輸送進(jìn)家中制暖,而夏季進(jìn)行反方向的制冷操作。熱泵技術(shù)有能力為幾乎所有的美國(guó)家庭提供熱能和熱水。事實(shí)上,從地下獲得的用于制熱的熱能能量(超過(guò)10000億瓦)超過(guò)了用于發(fā)電的數(shù)量。然而,根據(jù)美國(guó)國(guó)家能源可再生能源實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù),目前使用的地?zé)崮?/a>量還不足可用數(shù)量的1%,其原因是缺乏研究投入。
 
  加利福尼亞州是美國(guó)最早開(kāi)發(fā)地?zé)崮?/a>的州之一。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,西部的一些州也在積極開(kāi)發(fā)地?zé)豳Y源,如內(nèi)華達(dá)州、猶他州、愛(ài)德華州和俄勒岡州等。內(nèi)華達(dá)州更是被稱為“地?zé)岬纳程匕⒗薄?/div>
 
  據(jù)馬薩諸塞州技術(shù)研究院最近的研究發(fā)現(xiàn),從深層鉆探可望回收的地熱能幾乎是美國(guó)目前消費(fèi)能量的近3000倍。
 
  美國(guó)能源部也對(duì)地?zé)豳Y源的巨大潛力做出肯定。目前,俄勒岡州的一家公司正在計(jì)劃開(kāi)發(fā)100兆瓦地?zé)岚l(fā)電裝置,可為10萬(wàn)人提供足夠的電力。
 
  從華盛頓州的圣海倫山和亞當(dāng)山到俄勒岡州波特蘭東部的胡德山,地?zé)釢摿ψ銐?a href="http://www.rijz.cn/t/開(kāi)發(fā).html" >開(kāi)發(fā)1000兆瓦的電力,相當(dāng)于3}-4座燃?xì)怆娬净蛞蛔笮秃穗娬镜漠a(chǎn)電量。
 
  從事可再生能源開(kāi)發(fā)的尤爾干電力公司于2008年2月中旬制定出G3電力計(jì)劃,計(jì)劃將利用位于內(nèi)華達(dá)州西北部的天然蒸汽在加利福尼亞州的洛杉磯和拉斯維加斯建設(shè)1000兆瓦的清潔地?zé)犭娬?/a>。
 
  尤爾干電力公司認(rèn)為,如果通過(guò)新的2077J綠色電網(wǎng)改造將使內(nèi)華達(dá)州的蒸汽產(chǎn)量提高很多。
 
  多年來(lái),美國(guó)的地?zé)崮芰垦芯恳恢碧幱谫Y金匾乏的狀態(tài)。大部分地?zé)衢_(kāi)發(fā)技術(shù)始于上世紀(jì)70年代的石油危機(jī)。美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局當(dāng)時(shí)投入了大量的研究來(lái)確定地?zé)豳Y源的范圍,一些大的石油和電力公司投資興建地?zé)岚l(fā)電廠(例如吉賽斯發(fā)電廠)。20世紀(jì)90年代石油價(jià)格下降時(shí),人們對(duì)各種再生能源的研究降溫,美國(guó)能源部對(duì)地?zé)峥蒲械馁Y金投入從上個(gè)世紀(jì)80年代的1億美元銳減到最近幾年的稍微超過(guò)2000萬(wàn)美元。美國(guó)地?zé)犴?xiàng)目與石油、天然氣勘探項(xiàng)目相比很少得到政府的財(cái)政支持,因而其地?zé)岚l(fā)展相對(duì)比較緩慢。
 
  世界上的其他國(guó)家,富有進(jìn)取心的公共政策使得地?zé)衢_(kāi)發(fā)大獲成功。
 
  例如,冰島是利用地?zé)岚l(fā)電較早的國(guó)家之一。自20世紀(jì)70年代以來(lái),冰島的能源政策就一直強(qiáng)調(diào)地?zé)崂?/a>。近年來(lái),由于高耗能產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,對(duì)電的需求不斷增加,促使其地?zé)岚l(fā)電有了很大進(jìn)展。2005年冰島地?zé)岚l(fā)電總量占國(guó)家電網(wǎng)的19. 1%,加上水力發(fā)電,冰島可再生能源發(fā)電占總發(fā)電量的71%,居世界第一。如今,85%的冰島房舍用地?zé)崛∨?/a>,5個(gè)地?zé)岚l(fā)電廠提供該國(guó)1/4的用電量,全國(guó)每年可因此節(jié)約燃料開(kāi)支上億美元。
 
  歐洲聯(lián)合“地中海氣候”地源熱泵供暖和制冷項(xiàng)目,也將在地中海沿岸國(guó)家和羅馬尼亞設(shè)立8個(gè)示范點(diǎn),開(kāi)展地源熱泵技術(shù)更深入的研究。
 
  日本的地?zé)?a href="http://www.rijz.cn/t/資源.html" >資源儲(chǔ)量位列世界第三,相當(dāng)于15- 20個(gè)大型核電站的發(fā)電量。在能源緊缺和環(huán)境保護(hù)的雙重壓力下,日本經(jīng)產(chǎn)省開(kāi)始審視地?zé)徇@一寶貴資源,。日本政府制定了發(fā)展可再生能源的新目標(biāo),同時(shí)出臺(tái)新的相關(guān)補(bǔ)貼措施。新目標(biāo)規(guī)定,到2020年,全國(guó)發(fā)電能力要提高1倍,在新增加的發(fā)電量中,大部分將來(lái)自生物質(zhì)發(fā)電、小水電和地?zé)岚l(fā)電。其中,太陽(yáng)能發(fā)電量達(dá)到2005年的20倍。到2030年,全國(guó)發(fā)電能力將提高至少3倍,而地?zé)岚l(fā)電量屆時(shí)要增加3倍。2010年初,日本政府公布了“新能源利用特別措施法(RPS)”,并敦促各電力公司購(gòu)買“地?zé)岚l(fā)電”的電量,使之義務(wù)化、商業(yè)化。日前,日本政府為加快地?zé)岚l(fā)電站建設(shè)的速度。將新建地?zé)岚l(fā)電站的政府財(cái)政補(bǔ)貼率由20%提高到30%。
 
  印尼地處環(huán)太平洋地?zé)?地震、火山)帶,是世界上地?zé)豳Y源最豐富的國(guó)家,擁有世界40%的地?zé)豳Y源。目前,印尼地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)容量雖然己達(dá)1197兆瓦,但只利用了其資源的4. 2%。近5年來(lái),印尼新增地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)容量400兆瓦,年增長(zhǎng)率在5%左右。
 
  據(jù)估計(jì),至2025年,印尼將新建2885兆瓦裝機(jī)容量,使總裝機(jī)容量達(dá)到4000兆瓦,超過(guò)目前裝機(jī)容量3093兆瓦的美國(guó)。印尼首都雅加達(dá)以南古諾沙拉克地?zé)崽?/a>的地?zé)犭姀S,其100平方公里的工作區(qū)位于海拔1000^-1500米的森林山區(qū)。該地?zé)崽?/a>由總部在美國(guó)加州的雪佛龍公司開(kāi)發(fā),分供氣廠和發(fā)電廠兩部分,現(xiàn)有地?zé)峋?/a>82眼,其中生產(chǎn)井51眼,熱水回灌井13眼,冷凝水回灌井2眼,監(jiān)測(cè)井2眼。該廠是印尼最大的一座地?zé)犭姀S,全廠6套機(jī)組的總裝機(jī)容量為37兆瓦,自動(dòng)化控制程度非常高,只需幾名操作人員,生產(chǎn)的電力被源源不斷地輸送給爪哇一巴厘電網(wǎng)。印尼巴厘島的巴度谷地?zé)崽锛恒@3眼地?zé)峥碧?/a>井,井深2400米,最高溫度3250C,投資方準(zhǔn)備依此建設(shè)一座裝機(jī)容量為175兆瓦的地?zé)犭姀S。由此可見(jiàn),印尼的地?zé)衢_(kāi)發(fā)和利用正在迅猛發(fā)展。
 
  目前,每個(gè)人的心目中都對(duì)氣候因素、油價(jià)及能源安全充滿了憂慮。
 
  現(xiàn)在美國(guó)的私人企業(yè)也開(kāi)始致力于地?zé)崮芰康拈_(kāi)發(fā)。去年美國(guó)西北部的再生能源開(kāi)發(fā)商花費(fèi)數(shù)百萬(wàn)美元租地用于地?zé)衢_(kāi)發(fā)。美國(guó)巨大的未開(kāi)發(fā)地?zé)?/a>潛在資源也引起了國(guó)際的廣泛關(guān)注。 2007年9月北歐財(cái)團(tuán)格里特爾聲稱計(jì)劃在未來(lái)5年對(duì)美國(guó)地?zé)?a href="http://www.rijz.cn/t/市場(chǎng).html" >市場(chǎng)投資10億美元,就連大的石油公司也開(kāi)始對(duì)美國(guó)地?zé)豳Y源虎視耽耽。據(jù)說(shuō)??松梨?、殼牌、雪佛龍等石油公司的代表出席了最近的工程地?zé)狍w系工作會(huì)議。
 
  此外,建筑公司注意到熱泵技術(shù)使他們有錢可賺。雖然安裝一個(gè)熱泵的啟動(dòng)資金比安裝一個(gè)天然氣爐要高,但是熱泵在10年內(nèi)就會(huì)收回成本。加里佛尼亞能源委員會(huì)估計(jì)一個(gè)平均規(guī)模的家庭所需熱泵的成本約為7500美元。目前美國(guó)已安裝了約100萬(wàn)個(gè)熱泵,并還在以每年5萬(wàn)一6萬(wàn)的數(shù)量遞加。