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向深向新 聚“热”降碳
作者:闪式提取器 发布时间:2025-03-08 09:34:15

  持续领跑我国地热开发利用领域,地热供暖能力达1.2亿平方米。积极向深部地热领域进军,牵头成立未来空间深部地热领域创新联合体,成功实施我国最深地热科学探井福深热1井……

  刚刚过去的2024年,中国石化深入贯彻落实习生态文明思想,积极顺应全球能源绿色低碳发展的新趋势,勇担国家战略科技力量,坚持战略引领、加强产业布局、强化技术攻关,大力推进地热规模化、效益化、产业化发展,加快培育新质生产力,不懈探索深部地热领域开发与利用,持续巩固地热领头羊,聚“热”降碳,奏响了绿色乐章。

  地热能是一种稳定可靠、绿色低碳的可再次生产的能源,具有储量大、分布广、清洁环保等特点,慢慢的变成为全球能源转型的重要方向。当前,我国地热资源开发利用多以浅层和中深层的水热型地热为主,埋深3000米以深的深层地热,尤其是干热岩资源的开发,尚处于探索阶段。

  在国务院国资委指导下,中国石化牵头成立深部地热领域创新联合体,联合中央企业、优势高校、科研院所等22家单位,致力深部地热能勘探评价、高效开发、综合利用等全流程关键技术产学研用一体化协同攻关,高效推进未来空间产业深部地热能开发与利用。

  集团公司董事长马永生表示,实现深部地热产业高质量发展,离不开科技创新的有力支撑,离不开全产业链的整体联动。中国石化将认真履行牵头企业责任,集智攻关,加速变革性技术创新,奋力抢占科技制高点,共同推动我国深部地热产业高质量发展,为推进能源绿色低碳转型、建设现代化产业体系作出更大贡献。

  挖掘地热“宝藏”,中国石化向深突破,攻坚地热开发关键前沿技术,引领深层地热资源勘探。石勘院牵头部署实施的我国最深地热科学探井——福深热1井,在多个地层发现高温地热资源,取得华南地区深层地热资源勘探新突破,对进一步探索形成适用于中国南方地区的高温地热发电、制冷及综合利用技术路线等具有重要意义。

  在4615~5200米埋深、2.5亿年前的花岗岩中,科研人员发现了超过188摄氏度高温地热资源。石勘院牵头组织对该井进行压裂作业,实现了岩石压得开、水注得进、热量采得出,形成了全套的深层地热资源勘探开发和利用技术。目前,福深热1井已完工进入开发阶段,将在海南深层地热开发利用现场试验和示范工程中发挥更大作用。

  发挥地热效能,中国石化向新前行,拓展中深层地热能发电新领域,拓宽地热开发利用产业链。新星公司咸阳中深层地热能发电及“热电氦”集成先导性试验项目投入运行。该项目是中国石化建成的首个地热、光伏、微风发电示范项目,也是首个集中低温发电、水溶氦气提取、居民供热服务于一体的地热开发利用项目。

  该项目位于陕西省咸阳市,选用宝石佳苑小区1口地热生产井进行“热电氦”三联产试验,实现供暖季发电+供热、非供暖季发电、发电同时提取水溶氦气,目前项目运行稳定。

  围绕加快培育关键核心技术,中国石化加强创新驱动,由石勘院牵头承担的国家重点研发计划项目“深层地热资源探测评价关键技术研究”以优异成绩通过专家组验收;由新星公司牵头,联合19家单位申报的国家科技重大专项“重点地区深部热能探测评价”通过专家组论证并获得立项批复。这些重点项目的创新实施,将为我国培育深部地热能战略新兴产业提供理论技术支撑。

  围绕地热能规模化、效益化、产业化发展,中国石化深耕绿色供暖,既注重典型示范、规模应用,又注重理论技术创新、智能化建设,已发展成为我国最大的中深层地热利用企业。

  在典型示范方面,中国石化用心打造地热能开发利用国际合作典范,新星公司与冰岛极地绿色能源公司共同在河北雄县建成我国首座“无烟城”,被国际可再生能源机构(IRENA)列入全球推广项目名录,在雄安新区建设和运行地热供暖能力超过2000万平方米。

  中国石化积极打造“地热井工厂”模式,去年11月,新星公司下属单位绿源公司与西安热电有限责任公司合作共建的地热能替代燃气供热项目一期并网投运,该项目应用“采灌结合、等量回灌”先进技术,全面建成后供暖面积将达到232万平方米,是我国目前规模最大的地热能替代燃气供热项目,对当地供暖保供起到了有效推动作用。

  在推广应用方面,中国石化持续深耕地热领域,地热供暖能力达1.2亿平方米,较“十三五”末实现翻番,服务区域覆盖北京、天津、陕西、河北、河南、山东、山西、湖北等11个省(直辖市)70余个市(县、区),120万户居民,每年可替代标准煤近230万吨、减排二氧化碳超590万吨,对我国调整能源结构、节能减排、改善环境,具有重要意义。

  在理论技术创新方面,中国石化新星公司创建了全球首个地热供暖CDM方法学,攻关形成了地热资源开发“两项基础理论,六大核心技术”,填补了国内该领域空白。目前,中国石化拥有地热资源开发利用重点实验室1个、技术专利300余项。中国石化还积极担当国家智库,深化国际合作,牵头编制了首个国际地热协会标准《中国地热供暖推荐做法》,为世界地热产业标准化发展贡献中国智慧。

  在智能化应用方面,新星公司聚焦供热生产“数智化”,进一步提高地热供暖精细化水平,做到了数据实时采集、温度实时调控、问题实时监控,有效降低能耗、提升供暖质量,助力供暖季“屋更暖、天更蓝”。

  围绕 “地热+”“余热+”多元场景应用,中国石化积极探索地热供能与油气生产相结合的发展模式,通过地热梯级综合利用、油气田余热综合利用等模式进一步扩大地热利用规模,助力“油田”“热田”相融互促、协同开发。

  作为中国石油石化行业油田地热重点示范单位,目前,胜利油田已建成15个地热供暖项目,实现规模化发展。其中,胜利油田和东营市合作开发的东营市华泰金融中心-吾悦广场片区中深层地热能替代燃煤供暖项目共建14口地热井,可覆盖90万平方米的燃煤供暖面积,是山东省8个地热能开发利用示范工程项目之一。胜利油田还在辛109区块建成集团公司首个废弃井等量自然回灌地热利用项目,盘活油气闲置资源,既为周边居民小区供暖,又为辛二联合站油气生产提供清洁热能,实现多元场景应用,年减排二氧化碳6689吨。

  在地热能助力乡村振兴方面,江苏油田将关停的油水井改造为地热采水及回灌井,为扬州高邮国家农业科技园提供冬季温室保温服务,已连续运行7个供暖季,打造了独具特色的“油田+现代农业”绿色发展样板。

  在余热综合利用方面,各企业采取先进、环保、节能的采出液余热利用技术,实施“余热代气”改造,推进生产过程绿色低碳。

  累计建成文一、文三、濮城中转站及油库新能源综合利用等6个余热综合利用项目,采用“余热光热+蓄热”技术,通过余热梯级利用,实现余热低品位向高品位转换,年节约天然气668万立方米、减排二氧化碳1.47万吨。

  河南油田下二门联合站采出液余热利用项目采用“板式换热器+热泵机组+蓄能调峰”等技术,充分利用采出液低品位余热,年可减少天然气用量210万立方米、减排二氧化碳4600吨。

  西南油气充分利用元坝净化厂余热资源,实施节能电机改造、闪蒸气回收、凝结水回收资源化利用等节能项目,年减少燃料气消耗351万立方米;充分利用采气厂地层水蒸馏余热资源,实施锅炉除氧器蒸汽热能回收等节能项目,年减少燃料气消耗57万立方米。

  2024年,绿源公司累计供暖制冷能力突破1亿平方米,助力新星公司提前实现“十四五”新建产能规划目标,累计替代标准煤540万吨、减排二氧化碳1414万吨。这一年是锚定“双碳”目标、深耕地热产业的突破之年,绿源公司新能源产业地热领先行业地位进一步稳固。作为雄安新区地热供暖主力军,我们以“地热系统形成机制、热储传热机理”两大理论为基础,打造原创技术策源地,建立了技术与市场联动机制,探索应用“集采、集输、集灌”技术,打造了我国首个长距离地热输水示范项目,在雄安这片热土上书写了绿色供暖的新篇章。

  这一年,我们交出了一份亮眼的成绩单,雄安高铁片区地热合作示范项目全面建成,共钻凿地热井38口、建设能源站4座、敷设管网近60公里,不仅满足了高铁枢纽周边地热替代部分燃气需求,而且推动了新星地热在雄安新区“三个1000万(建设运营1000万平方米、代管运营1000万平方米、集输售热1000万平方米)”战略目标迈出关键一步。该项目首次实现地热资源跨区域、规模化、智能化调配,以贴近现场、服务生产为原则,形成“开发-研究-转化-升级”全周期研用融合转化模式,为我国地热开发提供了“雄安样板”。

  最难忘的是雄东片区1号能源站一期(雄B项目)的“百日攻坚”。2024年10月项目签约后,公司立刻成立党员先锋队和技术攻关小组,面对地质条件复杂、施工窗口期短等挑战,通过精准匹配钻井进度与热源需求,攻克了地热井钻探、管网敷设等技术难关,成功探索出地热供暖“地层压力稳、采灌均衡稳、集输管网平衡稳、供热耦合稳”的四稳技术,打通了长距离集采集输集灌技术新路径,展现了“当年签约、当年建设、当年供暖”的雄安速度。当暖流涌入雄东片区千家万户时,团队工程师小王在值班日志上写道:“地热人用绿色能源温暖新区的冬天,这就是我们的初心。”

  雄安地热开发的成功,源于我们七年磨一剑的战略定力。早在2016年取得雄安新区雄县大营镇采矿权时,我们就针对当地地热资源“浅、丰、高、优”的特点,建立了“取热不耗水、同层回灌”的技术体系。2024年,我们又实现了地热资源长距离传输,让10公里外大营镇的优质热源为高铁片区供暖,开我国中深层地热中长距离集输的先河。

  2025年,我们将加速推进雄安新区续建工程,力争“三个1000万”目标全面落地,形成覆盖全域的地热能源互联网;加快研发地热储能、人工智能调峰系统,构建“地热+光伏+储能”多能互补体系;探索地热资源资产化运营,推动碳资源交易,让绿色供暖从“输血”转向“造血”。绿源公司将以更清洁的能源、更智慧的系统和更普惠的供热服务,让地热开发的“雄安模式”走向全国,为中国石化新能源产业高质量发展注入澎湃“地热力量”。

  地热资源作为绿色低碳的新能源广受关注,而埋深3000米以深的深层地热资源因温度高、用能场景多、勘探开发难度大,成为全世界研究的重点和热点。

  我国自2010年开始研究和钻探深层地热,尤其关注热背景值高、勘探进展较缓、绿色能源需求极为迫切的华南地区。石勘院牵头组建国家重点研发计划项目研究团队,针对华南深层地热开展攻关,建立了适用于华南火成岩区的深层地热资源探测评价关键技术体系,部署实施的我国首口超5000米深层地热科学探井——福深热1井在4615~5200米钻获海西-印支期优质花岗岩,5131米深度测温超过188摄氏度,实现了华南深层高温找热突破!福深热1井成果列入“中国石化十项高水平质量的发展成果”,获人民日报等央媒及美通社等10余家海外媒体广泛报道和高度评价,入选国务院国资委“2024年度央企十大超级工程”候选项目。

  地球由浅表向深部过渡的过程中,温度会越来越高,目前阶段要寻找的是3000~6000米埋深的优质地热资源。面对评价区域广、深部地质结构复杂且资料严重匮乏、无可用成熟理论技术的挑战, 我们借鉴油气勘探开发思路与方法,搭建了适用于深层地热的探测评价理论与技术体系,为探寻优质资源明确了方向和路径。

  深层地热资源赋存在深层地热系统中,给深层地热系统“精准画像”是必须解决的关键问题。我们通过系统收集整理前人成果与数据资料,开展深入地热地质研究与大量分析测试,部署关键地球物理与地球化学探测工作,集成地质、地球物理、地球化学等多类型、多维度信息,构建形成华南深层多尺度地热地质模型。在地质建模基础上,结合数值模拟技术,进一步揭示深层地热形成机理与富集主控因素,评价深层地热资源潜力,明确资源分布特征。

  国家重点研发计划项目要求实施1口5000米深层地热探井,承担验证华南深层地热富集规律、测试探测评价关键技术、发现高温地热资源等任务。针对研究区域面积大、勘查程度低的特点,我们依托建立的多属性决策目标评价方法,分级优选了华南深层地热有利战略选区、有利区和有利目标,综合考虑资源条件与利用前景,确定在海南省海口市实施福深热1井钻探。从深层岩芯的成功获取到8000余立方米液体压裂注入,证实了海西-印支期花岗岩为优质高温热储,落实了目标区10亿吨级标准煤深层地热资源潜力,翻开了华南深层地热勘探开发新篇章。

  深层地热勘探开发已起步,“道阻且长,行则将至”。我们将依托承担的深地国家科技重大专项、国家重点研发计划和集团公司科技攻关研究任务,继续在华南、华北、东北更广阔的范围开展深层地热资源和目标评价,为中国石化新能源与油气产业融合发展、保障国家能源安全和“双碳”目标实现提供资源保障。

  2024年9月,由新星公司打造的中国石化咸阳中深层地热能发电示范项目并网发电,这是中国石化建成的首个地热、光伏、微风耦合发电示范项目,也是首个集中深层地热能发电、水溶氦气提取、居民供热服务于一体的地热开发利用项目。

  该项目位于陕西省咸阳市,属于关中地区。关中地区是一个大型中低温沉积盆地型地热田,地热资源分布广、规模大、温度高、水质优。供暖季,该项目将地热井中的高温水提取上来进行低负荷发电,同步提取地热水中的氦气,发电后的地热水再利用热交换进行供暖;非供暖季,项目全时段满负荷发电,并同步提取氦气,使用后的地热水通过水质净化工艺及回灌井回注到原热储层进行渗流再加热至地热井底,以此循环再生。项目供暖能力达17万平方米,年发电量约70万千瓦时。

  我们在该项目实施过程中同步开展了“地热发电、光伏发电、微风发电”集成、蒸发器抗腐蚀及热源直进、空地融合冷却等5项关键降本增效技术创新研究,后续将结合应用场景进一步优化改进系统工艺,增加地热水中氦气提取子系统,持续提升系统效能。该项目对攻坚地热开发关键前沿技术、拓宽地热开发利用产业链、提高地热开发效益、发展新质生产力具有重要探索意义,也为今后实施大型高品位地热能开发项目奠定了基础。

  近年来,新星公司坚持科学技术创新引领产业创新,聚焦地热产业发展“卡脖子”技术和提质增效开展攻关。创建全球首个地热供暖CDM方法学,形成地热资源开发六大核心技术体系,填补了国内该领域空白。勇担国家高能级平台职能,参与国家地热规划起草、政策研究制定,牵头编制并发布全球首个国际地热协会标准,组织编制的行业标准占地热行业标准的半壁江山。积极承担地热全国重点实验室建设和未来产业启航行动深部地热能原创技术策源地建设等相关任务,成功牵头获批“深地”国家科技重大专项,为加快发展地热产业新质生产力蓄势赋能。持续加大地热重点项目建设力度,承建的我国首个垃圾焚烧电厂余热梯级利用居民供暖项目——天津东丽区“地热+余热”利用项目,合作共建的国内单站换热顶级规模地热能项目——西安热电地热替代天然气供热暨关中盆地群采群灌地热开发利用项目,以及雄安高铁片区地热集采集输集灌项目等一批重点项目投运,进一步推动了地热产业规模化效益化发展。

  我们将紧紧围绕地热保持行业领先目标,坚持横向拓宽,不断丰富地热应用场景,积极延伸产业链;纵向做深,围绕支撑集团公司承担国家战略新兴未来产业重要职能和国家重大科研项目目标,继续攻关关键技术,推进“地热+”多能源协同,探寻更深处的“地心之热”,不断突破地热利用想象的边界,推动地热产业迈向更辉煌的未来。