廣東省地熱的開發利用一直走在全國的前列。1970年,廣東豐順第一臺86 kW試驗機組發電成功, 1982年,在廣東省科委和電力局的支持下,中國科學院廣州能源研究所等單位再建了一臺300 kW機組(3號機), 1984年電站移交豐順當地電力部門[1]。發電站目前仍能正常運轉,這是我國第一座地熱試驗發電站。

 

  2008年3月,美國麻省理工學院提交了一份名為5地熱資源的將來6的研究報告,這份歷時3年完成的研究報告驚動了美國能源部。報告提出,到2050年,通過增強型地熱系統可以提供1億kW的基礎發電容量,這相當于美國目前年用電量的10%[3]。增強型地熱發電系統由兩個子系統組成:第一個子系統是地下熱儲層的開發建造,即從地下深埋的巖石獲取地熱,通過注水井用冷水加壓致裂方法建立高滲透性的裂隙體系(人工熱儲),冷水流過熱儲層,滲進巖石的縫隙吸收熱量,再通過生產井水或蒸汽抽出地面;第二個子系統是熱水或蒸汽采出后進入地面發電供熱系統,即將高溫水或蒸汽帶動渦輪機發電,而冷卻后的水則被再次注入地下熱交換系統循環使用。因此,增強型地熱發電整個換熱過程是在一個封閉的系統內進行。

 

  本文通過對增強型地熱系統技術、地面以上發電技術、廣東省地熱資源情況進行介紹,分析廣東省發展增強型地熱系統技術發電的前景。

 

  增強型地熱系統技術的重點和難點在電站的地下部分,包括地熱資源勘查、鉆井、壓裂、注水等技術,地面上的發電技術與原有傳統地熱發電技術基本相同。

 

  (1)勘 查.

 

  建立增強型地熱系統的第一步是進行勘探,以鑒別和確定最適宜的開發區塊。然后進行足夠深度的孔鉆,達到可利用的巖體溫度,進一步核實和量化特定的資源及相應的開發深度。資源勘查的確定性是項目成敗的關鍵。我國已建立了一套比較完整的地熱勘探技術和評價方法,具備了大規模開發地熱的能力,還頒布了國標、部標等技術規范。

 

  (2)鉆 井.

 

  鉆井技術相對成熟,國內石油勘探行業的地質勘探公司,有豐富地質鉆井經驗,其鉆井技術接近國際先進水平。一般情況下,鉆4000 m的深井,上井口直徑為0. 5 m,底部直徑為0. 216 m。

 

  中間每1000 m井口直徑依次縮小。井壁用無縫鋼管密封。鉆井時間可長可短,國內鉆4000 m深井約需一到一年半時間。

 

  (3)壓 裂.

 

  待兩口井鉆探工作結束后,向井內注入壓力液,并施以約200個大氣壓的壓力,將壓力液壓入巖石細小縫隙中,壓力液中含有細小膠體可支撐裂隙,不讓已張開裂縫閉合,待兩口井裂隙有一定數量的交叉后,便形成人工換熱系統的通路。壓裂的縫隙越多越分散,越有利于流體的熱交換。

 

  壓裂工作質量是影響增強型地熱電站裝機容量的關鍵,目前技術上也基本成熟。

 

  (4)注水發電.

 

  電站最終的裝機規模受蒸汽的流量和溫度影響最大,與鉆井的直徑關系較小,待增強型地熱電站實現商業化后單個電站容量可達20MW,屆時將會有幾組注水井和生產井同時為發電機組供應蒸汽。