摘要：利用地热能发电，或地热发电是一种可再生的清洁能源，它不需要燃料，不排放温室气体，不污染环境，噪音小，占地面积少，可全天候发电，利用率远高于其它任何已知清洁能源。尤其采用新技术后，一次钻井的成功率接近100%，一个子母井的发电量可达10万千瓦。投资成本（元/度/年）约为2.05～2.85元。如果部分设备能够国产化，成本还将下降30～50%。相比其它能源的投资成本：风电为4.98元，太阳能12.71元，水电1.95元，煤电0.79元，核电1.61元 （煤电和核电还要加上燃料费和排污处理费）。

 

 

1.清洁能源的首选是地热发电

中国是能源的生产大国，也是能源的消耗大国。其中70%的电力由燃煤发电提供，仅江苏省利港电厂，每年发电所烧掉的煤就有1000多万吨。现代化的矿产开发和消耗，不仅有资源快速枯竭的危险，还大量污染了环境。全球每年将约300亿吨的二氧化碳送入大气，其中中国的贡献为各国之首，占全球的23%以上。另外，电煤价格大幅上涨，导致发电成本上升。国电集团燃料成本占火电发电成本的72.9%。2011年1～7月全国五大发电企业火电业务月均亏损近26亿元。

中国政府目前大力推广新能源和新技术的利用，出台了各种补贴措施，使得新能源得以生存。目前享受补贴的新能源有风电，太阳能发电，垃圾发电，秸秆发电等。江苏省2011年的风电上网电价为0.61元/度，太阳能发电为1.00元/度，秸秆发电为0.636元/度[1]。2012江苏省利港电厂的上网电价为每度0.455元。

要提高电力供应能力，中国必须增加发电能力，但同时又必须减少温室气体的排放。因此，理想的电力系统应满足下列条件：

A.       能够连续365×24稳定发电，向电网不间断地提供电力（排除风电，太阳能发电，潮汐发电等）

B.       不受气候的影响，能在任何自然灾害条件下持续发电（排除水电等）

C.       不需要燃料，不受资源价格的影响（排除煤电，天然气电等）

D.       绿色能源，没有污染，不排放温室气体（排除煤电，垃圾发电，秸秆发电等）

         E.       安全，不会对环境造成灾害性的破坏（排除核电）

满足上述条件的唯一选择是：地热发电。根据国家发改委《可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法》[2]第九条，“太阳能发电、海洋能发电和地热能发电项目上网电价实行政府定价，其电价标准由国务院价格主管部门按照合理成本加合理利润的原则制定。”原则上与太阳能发电一样，地热发电也可以得到政府的电价补贴。

2.地热发电的现状

人类需要的能源其实早已存在。地心的温度高达6000摄氏度，可将岩石融化。地壳较薄的地方，挖下几公里温度就可达到250°C。通常每往下1公里，温度就可升高25～30°C – 当然不同的地方温度梯度会有少许变化。在地壳外层的10公里内所含的热能估算为3×10²⁶卡，其中大约6×10²⁴卡在中国境内，合标准煤（7000大卡/公斤）850万亿吨，可谓取之不尽，用之不竭[3]。参考【Geothermal Energy, Annual Review of Energy, Vol. 1: 159-180】作者Paul Kruger

中国地区井下温度测量实例（山东胜利伟业石油工程技术服务有限公司）：

·         2007年3月19日和4月22日，成功地完成了胜科1井完井测井和固井测井，完井井深7026米，井底温度235°C，压力130MP。

·         2008年9月1日至3日成功完成南阳油田的泌深1井测井，测量井段为4500米至6000米，井底实测温度达236°C。

这几口井已达到发电所需要的温度。地热是一种可再生清洁能源，并且是可靠的能源。地热发电不受气候干扰，能不间断地向电网输送电力。地热发电的利用时间长（接近100%），不需要燃料，发电成本不受燃料价格影响，发电过程中不产生废气废渣，不排放温室气体。这些特点使得地热发电有望取代核电或火电成为主要的电力能源。

美国是全球地热发电装机容量最大的国家，为3.1GW，目前仍在大力发展。2011年9月23日美国能源部为内华达州11.3万千瓦的地热发电站的3.5亿美元贷款提供了部分担保[4]，显示美国政府在金融困难之际继续对利用新能源的支持。美国的GE公司和Ormat公司为地热发电研发了很多专用设备。

 

图1 截至2011年4月美国及各州地热发电装机容量[5]

菲律宾是世界第二大地热能源开发大国，地热发电占全国电力供应的27%，总装机容量已达1900 MW。2011年计划再投资25亿美元，建造19个新的地热发电项目[6]。

日本目前有18个地热发电站，总装机容量536MW，在全球排名第八。《日本经济新闻》报道，日本出光兴产、国际石油开发帝石、三菱材料等9家企业将共同合作，在福岛县建设日本国内最大的地热发电站，总投资额将达到1000亿日元（将近12亿美元，或77亿人民币）。新建的地热发电站位于福岛县的磐梯朝日国立公园内，出光兴产等9家企业计划将于2012年4月份召开说明会，采取各企业分片施工的方式，建设多座发电容量约为5万千瓦的地热发电站，预计于2020年开始启用，总发电量达到27万千瓦，相当于普通核电站发电量的四分之一，将成为日本国内最大的地热发电站[7]。

2010年2月，非洲肯尼亚政府投资开发国内地热资源，并向多个银行贷款13亿美元。2010年4月13日，肯尼亚与中国签订了地热资源开发的优惠贷款协议，中国进出口银行向肯尼亚提供了9700万美元的贷款，以助其建设一座140兆瓦的地热能发电站[8]。

目前全世界的地热发电总装机容量约为11GW，分布在26个国家，预计到2020年地热的总装机容量将达到25.1GW。亚太地区的地热发电则将达到5.9GW，成为世界上装机容量最多的地区。

全球地热发电装机容量[9]

表1  截至2010年各国地热发电的装机容量

在这个排名表中，中国所占的比例很小，地热发电的装机容量仅占全球的千分之二。与其它国家如火如荼的地热开发活动相比，中国目前在地热发电方面的项目较少。其原因主要有：

1.       技术 – 中国虽然有大量的地热应用，但仅限于地表热的利用，譬如温泉等，主要是开采地下热水。用于发电的地热技术相对复杂，尤其是采用增强型地热系统。目前广泛使用的地热发电技术还有一些问题有待解决。中国在此领域内的技术相对不足；

2.       设备短缺 – 地热发电所需的设备与传统设备有一定的区别，换言之，可能需要重新设计和制造。另外钻深井所需的一些设备国内可能还不具备；

3.       资金需求 – 地热发电的前期建设费用较大，约为同样装机容量火电厂的3～5倍，与太阳能光伏发电站的投资相当；

4.       专业人员– 即使是在地热应用相对广泛的国家，地热发电方面的人才也是相当匮乏，尤其是有经验的人员。地热发电厂的设计、建设、运营和管理队伍需要逐步培养。

5.       建设周期 – 设备交货期比较长，由于钻井结果的不确定性，设备往往不能提前生产，要根据温度和供热能力等因素调整、定制。

6.       政策 – 政府的鼓励和补贴政策有很强的引导性，譬如在电价上进行适当补助，或者在建设经费上进行资助。我国虽然大力鼓励可再生能源的开发，但对地热发电却没有明确的补助政策。这方面日本和美国的做法值得借鉴。

地热发电厂的主要费用在建设的前期投资，而运营成本很低（因为不需要燃料）。地热发电的原理与火力发电相似，仅是热能获取的方式不同而已 – 地热能取代锅炉产生热量。可再生能源的发电成本主要由折旧和利息（含分期付款）构成（约为80%），其余为运营和管理成本（O&M，约占20%）。运营和管理成本主要包括人员开支，设备的维护和修理，杂费和税务。

表2是地热能发电与其它能源的比较，其优越性一目了然。表内数据大部来自公开资料。

表2  地热能发电与其它能源的比较

可见，最理想的能源当属地热能。其特点为：可再生能源，不需要燃料，不产生排放，安全，使用寿命长，效率高，可全天候发电，占地面积小。

目前中国的电力形势有以下特点：

·         电力供应的地区分布不平衡，整体电力供应不足，部分地区缺电严重；

·         大量小火电已被关闭或即将被关闭，造成的电力缺口需要填补；

·         火力发电需要消耗大量燃料，温室气体排放严重；

·         燃料价格的上涨提高了发电成本，可能造成发电企业的亏损；

·         现有新能源（太阳能发电，风电）不能持续发电，不能成为主力能源。

寻找能够解决以上问题的新能源已是迫在眉睫，势在必行。

风能发电、太阳能发电、潮汐发电都是不可连续发电的能源，发电状态受自然环境的影响严重，不能作为主要能源。事实上光伏元件的生产过程产生的污染对环境有严重影响，同时也需要能耗。另外，系统寿命短和发电效率逐年衰退等因素以及维护费用等都是需要解决的问题。

水力发电受水利条件的影响，遇到干旱时其发电能力严重受损。事实上我国2004、2011等年份就碰到这个问题。大型水电对生态环境有很大的影响，处理不当会造成很多后遗症。

地热能发电是目前解决以上问题的唯一答案，已成为新能源发展的趋势，凡是有能力的国家都在开发利用。中国目前有需要、也有能力进行深层地热能资源的应用。

3.建设地热发电站的必要性

地热发电项目的优点：

• 地热发电项目的建设符合国家的新能源战略规划，能够有效改善电能供应不足的问题。
•  地热发电项目有助于减少温室气体的排放，减缓中国的环保压力。
•  地热发电项目可填补中国深层地热能发电的空白。

·         一个30万千瓦的地热能发电厂的年发电量相当于一个48万千瓦的火力发电厂，可以用于填补关闭小火电造成的电能缺口。

·         小型核电项目基本上可被一个30万千瓦的地热发电站取代。

·         地热发电项目可以大量复制，具有很大的推广价值，可带动的产业链数以千亿计。

鉴于以上的优点，建设地热发电项目有非常的必要。

 

4  新能源市场状态及发展趋势

 

 

出于对电力的需求，国家对新能源的鼓励，和补贴政策，国际上对温室气体排放的限制，燃料价格的不断上涨，以及对保护环境的需要，诸多企业争相投入新能源产业。虽然由于技术还不够成熟，目前发电成本普遍高于传统能源，大多数新能源只能在政府的补贴下生存。预计新能源将获得发展的机会，并有望在未来燃料价格大幅上涨时达到与传统能源接近的发电成本。

但是，绝大多数新能源不能保证全天候发电，只能作为替补能源，最终取代传统能源的可能性不大。新能源的这种间隙性发电能力，最终将有害于现有发电系统，造成火电、水电等利用率下降，发电成本增加。当然这种发电成本的普遍上升，反倒有助于新能源的市场上的竞争力。

能源局数据称，2010年全国电源工程建设完成投资3641亿元，其中，水电791亿元，火电1311亿元，核电629亿元，风电 891亿元。非化石能源建设投资占电源建设总投资的比重达到63.5%，比上年提高4.8个百分点。

截至2010年底，全国发电装机累计达到9.6亿千瓦，其中，水电2.1亿千瓦，火电7亿千瓦，核电1080万千瓦，风电3107万千瓦。非化石能源装机比重合计占26.5%，比上年提高1.1 个百分点，累计发电量7862亿千瓦时，按发电煤耗折算约合2.63亿吨标准煤。

按照国家能源局规划，2011年非化石能源装机将增加3550万千瓦以上。其中，水电在能源结构调整中的作用更加突出。2011年水电重点流域开发力度继续加大，预计开工规模超过2000万千瓦，总装机容量将达到2.2亿千瓦。

与此同时，核电机组建设工作将加快推进，2011年岭澳核电站二期二号机组实现投产，核电总装机将达 1174万千瓦。2010年核电总装机1080万千瓦，在建机组28台3097万千瓦，在建规模世界第一。

新疆哈密、内蒙古开鲁、吉林通榆、甘肃酒泉、江苏海上风电等项目开工建设，预计全年新增风电装机超过1400万千瓦。西部地区的光伏电站特许权招标项目继续开展，预计2011年将新增装机50万千瓦。

与此相对，小火电“上大压小”的政策继续推进。2010年关停小火电1100万千瓦，“十一五”期间累计关停小火电7210万千瓦。全国在役火电机组中，30万千瓦及以上机组比重提高到70%以上，其中60万千瓦及以上清洁机组占33%[10]。

新能源的市场将继续扩大，势不可挡。中国发展新能源是时代的责任，国家亦有补贴政策以示扶持和鼓励。经济效益好的技术和市场更应受到鼓励和发扬。

5 对地热能发电的需求

同样的投资，地热能发电的能力大于风电和太阳能发电之和。风电和太阳能发电投资额高，利用率低，占地面积大，不能全天候发电。地热能发电作为新能源的综合优势强于其它任何已知的新能源。如果本项目达到预期的结果，国家应相应调整现有对新能源的投资布局，加大对优质新能源的投资，更有效地利用可再生能源，在解决能源和污染（排放）的基础上，提高投资利用率。

世界各国都将利用地热能发电放在能源发展的重要位置，因为它是至今为止人类发现的利用价值最高，成本最低，副作用最小的能源。一个地热能发电站的装机容量就相当于一个小型核电站，而且投资额相当。不同的是，地热发电将不需要核燃料，不会有核污染的风险。德国已决定放弃核电，宣布将在2022年以前关闭所有的17个核电站，目前已关闭8个。其电力缺口将由其它新能源替补。德国西门子公司已宣布不再参与建设或资助核电站领域[11]。日本也将停止核电站的建设，并将地热能利用作为其能源战略的方向。

6 地热发电的投资成本

目前中国主要的能源来自火电、水电、核电、和风力发电，太阳能及其它能源（地热能，潮汐能，生物质能等）的发电量还较小。

图2是各种能源的单位投资成本比较[12]，其中未列入地热能发电的建设成本。地热发电项目的建设成本与装机容量有关，预计在3万千瓦时为22335元，23万千瓦时为17503元（其中未包括进口设备时需缴纳的的税务）。

图2 各种能源的单位投资成本比较

火电是中国目前唯一的主力能源，设备的年利用时间约5500小时，其发电量占全国的70%。平均单位投资每千瓦4328元，有效单位投资为：24×365/5500×4328=6893元/千瓦。设计寿命40～50年。发电需要消耗燃料，主要是煤，燃料费用目前已占到发电成本的70%以上，同时产生大量温室气体。燃料价格的上涨已造成了发电企业的严重亏损。目前仅有超临界大型火力发电厂有盈利的可能。

核电在很多国家有广泛的应用，年利用时间约7500小时，平均单位投资每千瓦12056元，有效单位投资为：24×365/7500×12056=14081元/千瓦。设计寿命约50年。核电作为主力能源的候选地位已经发生动摇，国际上近年来的多起事故已经让很多国家决定放弃核电。

水电是很理想的可再生清洁能源，但是不能保证全天候发电，因此只能作为替补能源，年利用时间约3500小时，发电量占全国的近30%，平均单位投资每千瓦6828元，有效单位投资为：24×365/3500×6828=17090元/千瓦，大型水电项目寿命很长，有很高的经济利用价值。但是发展水电也有负面影响，包括：坝后水流量减少，会增加泥沙淀积，江水自净能力降低；淹没地段要移民，搬迁文物；对鱼类产卵，回游产生影响；淹没地段容易产生滑坡；高坝容易诱发地震等。

风电：年利用时间约1800小时，为可再生清洁能源，近年来受到国家政策性鼓励，发展很快。但一般仅在风速大于每秒4米时才能发电，机组不发电时需要消耗电能用于散热。风电场的投资额约为每千瓦8956元，有效单位投资为：24×365/1800×8956=43586元/千瓦，相比太阳能更为经济。设计寿命约20年。

太阳能：年利用时间在中国东部约1200小时，西部约1500小时，部分地区（譬如西藏）可达300小时。此处按1600小时计算（江苏地区实际上仅1200小时），平均单位投资约为每千瓦20333元，有效单位投资为：24×365/1600×20333=111,323元/千瓦。设计寿命30年。

地热能发电项目：年利用时间可达8760小时（100%），平均单位投资每千瓦17503～22335元（取决于装机容量），有效单位投资为：24×365/88760×18000～25000=18000～25000元/千瓦。设计寿命60年以上，实际寿命可能更长。意大利战后重建的一座地热发电厂，至今仍在运行。

	风力发电	太阳能发电	水力发电	地热能发电
单位投资，元/千瓦	8,956	20,333	6,828	18,000～25000
年利用小时，小时/年	1,800	1,600	3,500	8,760
有效单位投资，元/千瓦	43,586	111,323	17,090	18,000～25000
单位电能投资，元/度/年	4.98	12.71	1.95	2.05～2.85
设计寿命，年	20	30	>60	>60

表5. 各类新能源的建设成本比较

采用先进的地热发电技术，投资预算为：

厂用电约为发电量的4%。

7 新的地热发电技术的优势

自1904年意大利建成人类历史上第一座地热发电厂以来，科学家们和工程师们就在不断地研发新的地热能采集技术以提高效率，延长寿命和减少危害，因为这是可再生的自然资源。各国采用的技术随着时代的发展多有变化，目前较先进的技术是“增强型地热系统”即Enhanced Geothermal System 或EGS，也称“干热岩系统”（Hot Dry Rock），采用双井循环系统。

新的地热发电项目采用的是单井热收获系统，克服了大部分EGS系统的缺点。新技术采用的是工业界成熟的钻井技术和设备，和独创的全封闭单井循环采热系统，提高了效率，减少了损耗，节省了资源，延长了寿命。是至今为止最完美的地热能发电技术。新技术的发电系统采用成熟的传统的低温汽轮机发电机组，钻井成功率高技术风险小。

当今各国对新能源的需求与日俱增。目前在新能源领域内的主要竞争者是风电和太阳能，而风能发电和太阳能发电的建设成本和发电成本都较高，而发电效率和经济效益都较差。

相比之下，地热能发电的利用时间最长（365×24），需要的燃料最少（无），温室气体的排放量最小（无），安全度最高，发电成本最低 – 主要由贷款利息和设备折旧构成。

传统的地热能发电技术存在一些缺点[13]，采用新的技术可以克服其中的大部分缺点（对于该技术的介绍，将另文阐述）。

目前地热发电的最大问题是起始投资仍然较大，地热发电项目的推广，需要有政府层面的扶持启动，鼓励企业参与。一旦产业链形成，部分设备和部件国产化后，建设成本将大大降低。