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李克文:將熱伏技術(shù)推向規(guī)模發(fā)電

2019-09-12 08:53:26 中國(guó)科學(xué)報(bào)   作者: 沈春蕾  

利用工業(yè)余熱進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的熱伏發(fā)電設(shè)備

地?zé)峋F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的熱伏發(fā)電設(shè)備

“傳統(tǒng)地?zé)崮馨l(fā)電通常是將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,再轉(zhuǎn)化為電能,而熱能直接發(fā)電技術(shù)可將熱能直接轉(zhuǎn)換為電能,不僅適合于廣泛的溫度范圍,溫度可低至70℃,而且還具有不需要渦輪機(jī)等優(yōu)點(diǎn)。”

近日,中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)教授李克文向《中國(guó)科學(xué)報(bào)》介紹了其團(tuán)隊(duì)在地?zé)岚l(fā)電領(lǐng)域取得的技術(shù)突破。熱能直接發(fā)電被稱之為熱伏發(fā)電,李克文主要從事熱伏發(fā)電,特別是油田中低溫伴生地?zé)衢_(kāi)發(fā)與利用領(lǐng)域的研究。

在大量成功的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,李克文帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在山西省等地聯(lián)合當(dāng)?shù)仄髽I(yè)開(kāi)展了熱伏發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)示范工程建設(shè)。“9月初的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)很成功。”他告訴記者,目前我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)連續(xù)發(fā)電,發(fā)電功率在該領(lǐng)域達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平,近期將實(shí)現(xiàn)一定規(guī)模發(fā)電。

地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)需要多方支持

地?zé)崮苁且环N具有清潔、零碳排放屬性的資源,在國(guó)際上被公認(rèn)為“具有可持續(xù)發(fā)展意義的能源資源”。

我國(guó)高溫地?zé)岬牡湫涂衫脜^(qū)域位于西藏自治區(qū),有各類地?zé)犸@示區(qū)(點(diǎn))600余處,高溫地?zé)豳Y源占全國(guó)地?zé)峥偭康?0%。早在1977年,我國(guó)大陸第一臺(tái)兆瓦級(jí)地?zé)岚l(fā)電機(jī)組便在羊八井成功發(fā)電。

中國(guó)工程院院士多吉在羊八井工作長(zhǎng)達(dá)30多年,他曾表示,20世紀(jì)70~80年代,我國(guó)地?zé)崂酶鷩?guó)際水平是同步的,技術(shù)上不分上下,發(fā)電裝機(jī)容量世界排名第8位,即使是在海拔4000多米的情況下都能發(fā)電,這在國(guó)際上都是處于先進(jìn)水平的。

然而,從20世紀(jì)80年代后期開(kāi)始,我國(guó)在地?zé)衢_(kāi)發(fā)利用上基本不再投入,并在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)停止了相關(guān)的地?zé)豳Y源勘查與評(píng)價(jià)工作,導(dǎo)致現(xiàn)有地?zé)豳Y源量不是十分清楚,并且沒(méi)有得到科學(xué)的規(guī)劃與利用。

“十二五”期間,中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局曾對(duì)全國(guó)地?zé)豳Y源量進(jìn)行初步評(píng)價(jià),其結(jié)果顯示,我國(guó)地?zé)豳Y源年可開(kāi)采量折合標(biāo)準(zhǔn)煤約26億噸,年開(kāi)采量?jī)H相當(dāng)于2100萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

沉寂多年的地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用終于迎來(lái)了春天。2017年初,由國(guó)家發(fā)改委、國(guó)土資源部及國(guó)家能源局共同編制的《地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)劃》)發(fā)布,這是我國(guó)首次發(fā)布地?zé)崮芟嚓P(guān)的全國(guó)規(guī)劃。

《規(guī)劃》提出,到2020 年,我國(guó)地?zé)崮苣昀每偭肯喈?dāng)于替代化石能源 7000 萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤,相應(yīng)減排二氧化碳1.7 億噸,節(jié)能減排效果顯著,同時(shí)地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用可為經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和新型城鎮(zhèn)化建設(shè)增加新的有生力量。

同時(shí),李克文也提醒道:“盡管當(dāng)前地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用正處于‘天時(shí)地利人和’的絕佳時(shí)期,但發(fā)展不可能一蹴而就,還需要政府的主導(dǎo)、資金的投入、技術(shù)的支撐以及監(jiān)管體系的完善等多方面支持。”

中低溫地?zé)岚l(fā)電是個(gè)突破口

當(dāng)前,我國(guó)在高溫地?zé)崆捌诳碧?、鉆井方面存在較多技術(shù)瓶頸,比如勘探方面面臨如何確定地?zé)岚袇^(qū)的問(wèn)題。李克文表示,常用的地?zé)峥碧郊夹g(shù)有相當(dāng)一部分來(lái)自油氣勘探領(lǐng)域,值得注意的是,地?zé)峥碧脚c油氣勘探盡管有不少相同之處,但也有不少理論和技術(shù)方面的差別。

他指出:“高溫鉆井技術(shù)近幾年來(lái)有比較大的進(jìn)展,但是高成本仍然是一個(gè)主要問(wèn)題,鉆井成本約占地?zé)衢_(kāi)發(fā)成本的60%以上。”

針對(duì)目前我國(guó)已經(jīng)探明的高溫地?zé)豳Y源比較少的現(xiàn)狀,李克文團(tuán)隊(duì)在長(zhǎng)年的實(shí)地研究中發(fā)現(xiàn),其實(shí)不一定非要在高溫領(lǐng)域“死磕”,可以將重點(diǎn)轉(zhuǎn)移至中低溫地?zé)岬拈_(kāi)發(fā)與利用,尤其是中低溫發(fā)電,先對(duì)這部分資源進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用。

他介紹道:“利用油田伴生中低溫地?zé)岚l(fā)電,是地?zé)崮苜Y源開(kāi)發(fā)利用一個(gè)突破口,這是因?yàn)榈責(zé)岚l(fā)電所需要的主要基礎(chǔ)設(shè)施,比如井、公路、輸電線路等,廢棄井或者廢棄油田都已經(jīng)具備,這就可以大幅度降低油田區(qū)地?zé)岚l(fā)電的成本。

綜合近年來(lái)的探索,李克文團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn),我國(guó)可供發(fā)電的地?zé)豳Y源,尤其是油田伴生中低溫地?zé)岚l(fā)電資源非常豐富,僅我國(guó)某中小型油田可供發(fā)電的中低溫(90~150℃)地?zé)豳Y源就擁有2000兆瓦以上規(guī)模的發(fā)電能力。“我國(guó)已有的廢棄石油井可能接近或者超過(guò)10萬(wàn)口,只需對(duì)其中的部分井加以改造,即可用于地?zé)崮艿拈_(kāi)發(fā)利用,甚至實(shí)現(xiàn)‘油熱電聯(lián)產(chǎn)’,讓廢棄井起死回生。”

為了推進(jìn)熱伏發(fā)電在中低溫地?zé)崮茴I(lǐng)域的應(yīng)用,李克文團(tuán)隊(duì)的思路是先地上、后地下,先余熱、后地?zé)幔簿褪钦f(shuō)先在地面利用工業(yè)余熱來(lái)驗(yàn)證熱伏發(fā)電的可行性,然后,再將其應(yīng)用到中低溫地?zé)岚l(fā)電領(lǐng)域。

如今,李克文團(tuán)隊(duì)已經(jīng)掌握了多項(xiàng)熱伏發(fā)電的核心技術(shù),“至少在熱伏發(fā)電領(lǐng)域,我們不會(huì)被國(guó)外技術(shù)卡脖子”。

出謀劃策助力“零碳中國(guó)”

為了推動(dòng)我國(guó)地?zé)崮艿母咝ч_(kāi)發(fā)與利用,李克文早在2010年就發(fā)起并組織“中深層地?zé)豳Y源高效開(kāi)發(fā)與利用國(guó)際會(huì)議”,希望就地?zé)豳Y源的高效開(kāi)發(fā)利用方法以及國(guó)內(nèi)外地?zé)峥碧介_(kāi)發(fā)新技術(shù)進(jìn)行研討,為共同推動(dòng)我國(guó)地?zé)豳Y源走向規(guī)?;_(kāi)發(fā)與利用出謀劃策。

“地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用最大的問(wèn)題是前期的高成本和不可預(yù)見(jiàn)性,因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)條件和實(shí)驗(yàn)室條件不一樣,實(shí)驗(yàn)室里的新技術(shù)在沒(méi)有形成規(guī)?;a(chǎn)業(yè)前,成本肯定居高不下。但是,規(guī)模化以后成本將大幅度下降。”李克文透露,團(tuán)隊(duì)目前已經(jīng)簽訂多份熱伏發(fā)電技術(shù)的合同,分別來(lái)自河南、山西等地。

8月16日,北京市地勘院、地?zé)嵩旱葐挝磺巴袊?guó)地質(zhì)大學(xué)(北京),調(diào)研李克文團(tuán)隊(duì)研發(fā)的中低溫?zé)岱l(fā)電技術(shù),一致認(rèn)為該技術(shù)對(duì)于具有豐富中低溫地?zé)豳Y源的京津冀地區(qū)乃至全國(guó),具有較好的推廣應(yīng)用前景。

在最近舉辦的地源熱泵高層論壇年會(huì)上,李克文作了題為《地?zé)崮芘c太陽(yáng)能的深度互補(bǔ)》的報(bào)告。他認(rèn)為,通過(guò)地?zé)崮芘c太陽(yáng)能的深度互補(bǔ),可以實(shí)現(xiàn)建筑物的零碳化,助力“零碳中國(guó)”的實(shí)現(xiàn)。

李克文建議組織創(chuàng)建一個(gè)“零碳中國(guó)”計(jì)劃,為此他率先進(jìn)行了一些初步的研究。與此同時(shí),他還帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在熱伏發(fā)電等技術(shù)的基礎(chǔ)上開(kāi)始了零碳別墅的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

近幾年來(lái),為了解決霧霾等環(huán)境問(wèn)題,我國(guó)先后嘗試了煤改電、煤改氣(天然氣),但是,現(xiàn)在看來(lái)這些辦法都沒(méi)有達(dá)到理想預(yù)期。此前,包括李克文在內(nèi)的不少地?zé)釋<医ㄗh煤改地?zé)?,并指出這是完全可能實(shí)現(xiàn)的。

“利用地?zé)崮懿粌H可以供暖,而且還可以制冷。”李克文表示,如果全國(guó)的供暖制冷都采用地?zé)崮?,那么,就?shí)現(xiàn)了“近零碳中國(guó)”的目標(biāo)。

對(duì)于“零碳中國(guó)”的實(shí)現(xiàn),李克文充滿信心并透露其將在2020年世界地?zé)岽髸?huì)上宣讀的論文的部分結(jié)論:“到2050年左右,我國(guó)用清潔能源替代全部能源需求、實(shí)現(xiàn)“零碳中國(guó)”或者“近零碳中國(guó)”是有可能的。當(dāng)然,這需要國(guó)家和各級(jí)政府在政策等方面的大力支持。”




責(zé)任編輯: 李穎

標(biāo)簽:李克文,熱伏技術(shù),地?zé)崮馨l(fā)電