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行业资讯

慕尼黑地热发展条件对比雄安新区发展现状

慕尼黑地热产业发展现状

慕尼黑地区的中深层地热能开发起步于上世纪90年代,早期以浅层温泉洗浴为主。在政府可再生能源激励计划政策的激励下,2008年进入爆发式增长阶段。慕尼黑市政公用事业公司(SWM, Stadtwerke München GmbH)是德国最大的市政能源供应商,2012年该公司制定了积极的地热发展计划。在过去的十几年里,尽管存在区域和全球经济不确定性影响,慕尼黑地热产业一直保持了较强的发展势头。该区中深层地热资源开发深度从几百米到大于5000米,利用温度从20℃到160℃,利用方式从也从早期的洗浴转变到供暖发电等规模开发利用为主(图1)。目前,慕尼黑地区共运行66个地热项目,其中有21个供暖项目,地热能目前为大约一半的市政区域供热网络供热地热供能约200MWth,并计划在2035年翻一番到达400MWth。慕尼黑地区地热田属于中低温地热田供暖项目规划服务期50年,投资回报期在15年左右,因此,地热供热项目不需要依赖于政府补贴现有6家地热发电厂运营,装机容量30MW,并计划新建的地热厂可能多达12个。2019年11月霍尔茨基兴热电联产地热发电厂正式落成,提供3.4MW的清洁电力和24MW的热力供应。地热发电项目初期经济性则依赖于德国政府的固定上网电价和补贴政策

 

慕尼黑地热产业快速发展因素分析

慕尼黑地热产业的快速发展得益于该区丰富的地热资源基础和政府积极的能源转型战略规划。适度的财政刺激政策带动了企业开发地热资源的积极性,推动了地热能勘探开发技术的快速发展。这一过程中,在政府积极宣传和引导下,民众对地热资源的认可度越来越高。


丰富的地热资源基础

阿尔卑斯北侧的磨拉石盆地是典型的前陆盆地,是德国三大地热构造区之一。该盆地的形成与阿尔卑斯山的演化密切相关,磨拉石沉积以阿尔卑斯山碎屑岩为主。盆地从西南部的瑞士到东部的奥地利,绵延300多公里,主要由第三纪磨拉石沉积、白垩纪、上侏罗统(Malm马尔姆)至中侏罗统(Dogger多格)和三叠纪沉积物充填构成。北侧地层埋深浅,向南呈楔状埋深逐渐加深。慕尼黑占据了前陆盆地的最有利的热储发育位置。上侏罗统Malm岩溶裂缝储层是该区最具潜力的地热含水层,具有分布面积广、构造单一、厚度适中的特征。热储产水量大、矿化度低、水质腐蚀性小的特征使Malm热储成为该区地热能开发利用的主要目标。其次,白垩纪砂岩也可用于地热能的利用,古近纪热储层由于埋藏浅温度低则主要用于温泉洗浴


慕尼黑地热发展条件对比雄安新区发展现状-地热开发利用-地大热能

慕尼黑-雄安地热井深度-温度图


Malm热储岩性以块状或厚层状分布的石灰岩和白云岩组成,热储厚度普遍超过600m。孔隙以溶洞和溶缝为主,近平行于阿尔卑斯山分布的多条正断层形成良好的运移通道。热储温度随埋深增加而增高,从北部的40℃增加到盆地南部深处的160℃以上。因此,温泉洗浴及区域供热厂一般分布在盆地北部,热电联产厂则分布于地热温度更高的南部地区。

 

积极的政策扶持

慕尼黑地热产业的快速发展产生于德国能源结构转型的宏观背景下。德国国内整体上能源紧缺,同时作为欧盟主要成员也是应对气候变化领域的积极倡导者,主客观两方面的因素促成了德国成为较早重视可再生能源利用的国家之一。2000年,德国《可再生能源法》出台后,每隔2—4年就会根据应用情况针对性的进行一次调整,这种频繁的修订成为德国可再生能源立法的一个显著特点。该法规定政府通过项目融资、市场激励、信贷优惠以及提供地热发电上网电价等多种方式支持地热能源开发


2004年,联邦政府资助开展了大量地热资源勘查工作,并发布了慕尼黑地区地热资源潜力评价报告,阐明了该区地热能开发的巨大潜力。2012年慕尼黑市政公用事业公司制定了积极的地热发展计划,提出到2025年实现100%可再生能源电力,2040年以中深层地热为主100%可再生热力的双百计划,同年修订的可再生能源法,提出地热发电补贴0.25€/kWh,EGS发电0.05€/kWh的具体补贴政策。对于深层地热供暖发电厂,提供了最多每家热厂200万欧元和400米以上的钻井成本的补偿金。2021年进一步提出了在现有200MWth的地热供暖的基础上,2035年翻一番达到400MWth的规模的计划。


2013年慕尼黑西南部Geretsried探井的失利以及大规模地热开发的计划促使在政府支持下,由DMT公司于2015-2016年实施了全球范围最大规模的城市三维地震,主要范围是慕尼黑城市南部的潜力区,总面积达170km2。由于采用了城市适用的可控震源,并未引起明显的强烈振动,从而避免了城市地下设施的损坏。大范围三维地震的实施提高了该区的勘探程度,降低了地热勘探开发的风险。慕尼黑地区从最初的几个地热矿权发展到现在超过50个地热勘探/开采矿权,单个矿权的平均面积约为80km2,地热能开采权证首次授予50年,到期后可以优先延长,目前地热矿权几乎覆盖了整个慕尼黑地区。


持续的技术进步

政府的支持下,随着供暖和发电利用市场规模的快速增长,进一步带动了地热相关科研活动。莱布尼茨应用地球物理研究所(LIAG)对慕尼黑地热资源勘探起到关键作用。2016年由慕尼黑工业大学、埃尔朗根-纽伦堡大学和拜罗伊特大学联合组成巴伐利亚地热联盟对地热能领域的研究和实践问题进行联合深入研究。2020年以来,该联盟又加入了慕尼黑应用科技大学等多所研究机构,创建了一个在科学、商业和政治之间传递知识和数据的平台。


采用大井筒分支井、水平井等施工技术提高地面作业管理效率。采用大井筒高排量电潜泵组合,单井产量由开发初期的50~80m3/h提高到现阶段的大于300m3/h,大大提高了地热能的单井产出效率。


由于有机朗肯循环和卡琳娜循环技术上的不断成熟,地热发电厂能够从大于90℃的低品味热源中提取热量发电,这种技术降低了能够发电的地热资源门槛温度,提高地热能发电的利用效率,而德国Adoratec公司、Maxxtec公司等均掌握这方面的核心技术,发电效率接近20%,用于热电联产有效提高地热能的综合利用率。


产学研的结合促进了地热钻井等相关技术的提升,千米进尺钻速从2008年的20天提高到2016年的11天,通常占项目总开支的40%左右的钻井费用从1500欧元/米降低到1100欧元/米。不断提高的钻井效率进一步降低了地热能开发利用的成本,提高项目的整体收益。


政府积极引导民众接受度高

2006年至2009年,在国家地质调查局支持下,莱布尼茨应用地球物理研究所(LIAG)开发并负责运维开放式“德国地热信息系统”(GeotIS),该项目的重点是德国三大盆地的中深层地热资源。GeotIS以矢量地热地图为基础,集成了热储温度、深度、厚度和导水率等多项参数。可以由互联网通过该系统方便地访问德国许多地区的地热地质和地球物理数据。通过GeotIS的建立有助于规划部门、投资者和审批部门等形成对地热资源潜力的统一认识,同时也提高了民众对地热资源的接受程度。


自2009年慕尼黑东南部的Unterhaching地热项目用于发电后,由于在Unteraching项目井场检测到了微地震事件,随后,研究人员建立了一个有五个台站的监测网络对热电厂进行地震监测。在后续将近两年的观察期内,测量仪器共记录了101个微震事件,仅一次达到2.1级,评估认为可能与该区延伸至基底结晶岩层深处的断层有关,不会对地表附近的建筑物造成损坏性影响,科学的评估消除了民众对地热开发的担忧。


2016年,德国联邦网络管理局建立全国性的能源转型数据平台SMARD并负责运维,以展示可再生能源融入能源供应系统演变进程。平台可以实时查询可再生能源生产利用数据。从地热产品到服务平台的智能升级,进一步提高了民众对地热能开发利用的接受度。


慕尼黑地热发展条件对比雄安新区发展现状-地热开发利用-地大热能

慕尼黑地区地热地质简图


雄安新区地热发展现状及存在问题

雄安新区地热发展历程

雄安新区构造上处于渤海湾盆地冀中坳陷的中部凸起区,主要由容城凸起、牛驼镇凸起、霸县凹陷、保定凹陷、高阳低凸起、饶阳凹陷等构造单位组成。区内被牛东断裂、容东断裂和牛南断层分割为雄县、容城和高阳3个地热田地热田面积覆盖新区80%以上,地热田以新生界为盖层,蓟县系雾迷山组热储埋藏顶面埋深600~4000m不等,具有温度高,连通性,矿化度低等特点,是我国东部中深层地热资源最有利的地区之一。根据新区地热资源的勘探、开发、利用的规模及技术特征可以划分为四个阶段,早期粗放型开发阶段、科学开发阶段以及2017年雄安新区成立后向高质量开发过渡阶段与2025年之后全面引领发展期。


上个世纪70年代至2009年之前为粗放型开发阶段,以小规模粗放型自然开采为主,实现了该区中深层地热利用从无到有的转变。尤其是“六五”期间,华北地热研究项目揭示了牛驼镇凸起、容城凸起的地热资源开发的巨大潜力,并得出碳酸盐岩是本区主要热储层的基本结论。随着地热井开采规模逐年增大,由于缺少地热尾水回灌工作地下水位迅速下降,地热井不再自流,且地热尾水的地表排放对土壤与浅层地下水形成干扰。


慕尼黑地热发展条件对比雄安新区发展现状-地热开发利用-地大热能

雄安新区地热地质简图


2009年,以雄县政府与中石化新星公司签订地热开发合作协议为标志,该区的地热资源利用进入科学开发阶段,政企合作共同推进雄县地热资源的科学开发利用。通过科研攻关形成了该区适用的热储评价技术、采灌均衡技术、定向钻井技术、间接换热技术、高效集输技术、梯级利用技术、动态监测与高效运营技术等一系列从地热资源勘探、评价、钻完井、尾水回灌梯级利用的完整技术体系,提高了地热利用率,降低了运营成本,地热尾水的大范围回灌减缓了地下水位快速下降的趋势,初步实现了采灌平衡下的可持续开发。截至目前,新星公司在雄安新区建成供热能力700万平米。通过政企合作、统一规划建成全国首座“无烟城”,形成了经验可推广、技术可复制的“雄县模式”。


2017年随着雄安新区的成立,千年雄安高质量建设规划的逐步落实,新区的地热产业发展由高速开发进入向高质量开发的过渡阶段,2025年之后地热利用技术先进,进入全面引领发展期。地热资源的开发有效支撑了雄安新区绿色低碳之城的建设,地热影响力持续提升,雄安模式引领行业高质量发展。

 

基于上述对慕尼黑地热发展条件的对比分析结合雄安新区发展现状,可有如下结论及认识:

(1)加大基础勘探工作投入,适当补充高精度地震工作量,强化地热地质勘查基础工作。发展利用探井、地震与非震勘查资料相结合,开展裂缝精细刻画与地层漏失层位预测技术,准确定位资源、预报风险,提高雄安新区地热勘探开发精度和效益。

(2)坚持科学可持续开发,打造地热产业高质量开发的“雄安模式”,通过持续的监管、技术革新、管理升级促进由“雄县模式”进一步创新发展形成政府有业绩、企业有效益,居民有实惠的高质量发展的“雄安模式”。

(3)实时引导建立地热发电示范项目,引领地热产业高质量发展。坚持供暖利用为主其它方式为辅的地热产业发展方向的同时,建立地热发电示范项目,积累技术经验。

(4)加强地热矿业权建设管理,制定积极、可预期的地热管理政策。保证企业的基本权益,促进行业健康可持续发展。充分发挥地热在碳中和目标中的作用。