美國(guó)地?zé)崮芾酶攀黾凹夹g(shù)創(chuàng)新發(fā)展趨勢(shì)-地?zé)岚l(fā)電-地?zé)峁┡?/h1>

文章來(lái)源：地大熱能 發(fā)布作者：國(guó)家能源科技資源中心 發(fā)表時(shí)間：2021-12-23 08:47:01瀏覽次數(shù)：2954

由美國(guó)能源部(DOE)和國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)聯(lián)合編制的《2021年美國(guó)地?zé)岚l(fā)電和區(qū)域供暖市場(chǎng)報(bào)告》，反映了2019年美國(guó)地?zé)岚l(fā)電和地?zé)?/a>區(qū)域供暖的發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展預(yù)測(cè)及地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展方向。

 

美國(guó)的地?zé)崮馨l(fā)電裝機(jī)量位于世界首位，地?zé)岚l(fā)電技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位，但近年來(lái)，美國(guó)地?zé)?/a>發(fā)電發(fā)展相對(duì)緩慢。由于美國(guó)有更廉價(jià)的天然氣資源作為供暖的主要來(lái)源，所以，地?zé)崮?/a>區(qū)域供暖的發(fā)展較為滯后。從未來(lái)的地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展方向來(lái)說(shuō)，美國(guó)關(guān)注增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)技術(shù)、閉環(huán)工質(zhì)循環(huán)地?zé)峒夹g(shù)、地?zé)?/a>發(fā)電靈活調(diào)度技術(shù)、地?zé)?/a>鹽水鋰提取技術(shù)、地下熱能存儲(chǔ)技術(shù)、油氣地?zé)岚樯?a href="http://www.optool.cn/t/開(kāi)發(fā).html" >開(kāi)發(fā)技術(shù)、超臨界地?zé)?/a>技術(shù)和地?zé)崮?/a>微網(wǎng)技術(shù)。

 

一、地?zé)岚l(fā)電

(一)發(fā)展總體概況

目前美國(guó)共有93個(gè)地?zé)岚l(fā)電站，總裝機(jī)容量為3673MW。近年來(lái)，美國(guó)地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)量增長(zhǎng)緩慢，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，從2015年至2019年期間，美國(guó)新增了7個(gè)地?zé)岚l(fā)電站，總裝機(jī)容量186MW，但同期11個(gè)地?zé)犭娬?/a>退役，總裝機(jī)容量103MW。

圖1 美國(guó)地?zé)岚l(fā)電總體概況

(注：凈容量定義為全年地?zé)?a href="http://www.optool.cn/t/發(fā)電.html" >發(fā)電量除以全年地?zé)?a href="http://www.optool.cn/t/發(fā)電.html" >發(fā)電小時(shí)數(shù))

技術(shù)路線上，美國(guó)地?zé)岚l(fā)電以干蒸汽發(fā)電技術(shù)和閃蒸法(含單級(jí)閃蒸、雙級(jí)閃蒸和三級(jí)閃蒸)發(fā)電技術(shù)為主，自2000年至2020年以來(lái)，美國(guó)新增地?zé)犭娬?/a>中，幾乎均為雙級(jí)閃蒸法發(fā)電技術(shù)系統(tǒng)，僅有一家為三級(jí)閃蒸系統(tǒng)。服役年限上，美國(guó)已經(jīng)有超過(guò)64%的地?zé)犭娬?/a>服役年限超過(guò)30年，在運(yùn)20-30年的地?zé)犭娬?/a>占6%，在運(yùn)10-20年的地?zé)犭娬菊?3%，在運(yùn)小于10年的地?zé)犭娬菊?7%。地域分布上，加州和內(nèi)華達(dá)州擁有美國(guó)溫度最高的地?zé)豳Y源，因此這兩個(gè)州的地?zé)岚l(fā)電量占美國(guó)地?zé)岚l(fā)電量的90%以上，其余主要分布在阿拉斯加、夏威夷、愛(ài)達(dá)荷、新墨西哥州、俄勒岡和猶他州，加州共計(jì)有51座地?zé)犭娬荆傃b機(jī)容量2627MW，內(nèi)華達(dá)州共計(jì)有28座地?zé)犭娬荆傃b機(jī)容量797MW。價(jià)格成本上，地?zé)岚l(fā)電的成本在59美元/MWh到101美元/MWh之間，仍然高于燃機(jī)發(fā)電和風(fēng)電光伏的發(fā)電成本，美國(guó)的地?zé)岚l(fā)電成本預(yù)計(jì)到2050年將降至42美元-77美元/MWh之間。

 

圖2 不同技術(shù)路線的美國(guó)地?zé)崮馨l(fā)電站裝機(jī)容量分布

(二)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)障礙

 

1. 技術(shù)障礙

 

(1) 針對(duì)識(shí)別和開(kāi)發(fā)優(yōu)質(zhì)高溫地?zé)豳Y源，未來(lái)需進(jìn)一步開(kāi)發(fā)先進(jìn)勘探開(kāi)發(fā)技術(shù); (2) 地?zé)徙@井成本較高從而導(dǎo)致項(xiàng)目前期開(kāi)發(fā)成本高，未來(lái)需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)高效經(jīng)濟(jì)的地?zé)徙@井技術(shù); (3) 進(jìn)一步研發(fā)長(zhǎng)時(shí)間、可持續(xù)、高循環(huán)量的EGS循環(huán)系統(tǒng)。

 

2. 政策障礙

 

(1) 以美國(guó)現(xiàn)有的PPA協(xié)議電價(jià)體系，地?zé)岚l(fā)電難以被發(fā)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)并獲得合理的PPA協(xié)議電價(jià);

 

(2) 根據(jù)美國(guó)《國(guó)家環(huán)境政策法》，位于聯(lián)邦管理土地上的地?zé)犴?xiàng)目在整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中最多可接受六次環(huán)境審查。此外，各級(jí)審查均有嚴(yán)格要求，地?zé)犴?xiàng)目開(kāi)發(fā)的時(shí)間框架可能長(zhǎng)達(dá)7至10年。

 

3. 公眾認(rèn)知

 

民眾普遍缺少對(duì)地熱能的正確科學(xué)認(rèn)知，地方政府和民眾普遍認(rèn)為開(kāi)發(fā)地?zé)崮?/a>具有高危險(xiǎn)性和高成本。

 

(三)未來(lái)發(fā)展預(yù)測(cè)

 

自2019年底以來(lái)，已經(jīng)簽署了9個(gè)新的地?zé)崮?/a>項(xiàng)目PPA電價(jià)協(xié)議，分別位于加州(6個(gè))、猶他州(1個(gè))、夏威夷州(1個(gè))和阿拉斯加州(1個(gè))。裝機(jī)容量3MW-46MW，PPA電價(jià)67.5美元-74美元/MWh，協(xié)議年限20年-30年。

 

根據(jù)在一般發(fā)展場(chǎng)景、政策促進(jìn)場(chǎng)景、技術(shù)革新場(chǎng)景三個(gè)場(chǎng)景下對(duì)美國(guó)未來(lái)地?zé)崮馨l(fā)電裝機(jī)的預(yù)測(cè)：一般發(fā)展場(chǎng)景下，到2050年，美國(guó)地?zé)嵫b機(jī)的夏季凈容量將從2.5GW增加到6GW;政策促進(jìn)場(chǎng)景下，到2050年，美國(guó)地?zé)嵫b機(jī)的夏季凈容量將增加至13GW，這一預(yù)測(cè)接近于美國(guó)能源信息署(EIA)的預(yù)測(cè);在技術(shù)革新場(chǎng)景下，到2050年，美國(guó)地?zé)嵫b機(jī)的夏季凈容量將增加至60GW，其中45GW源于干熱巖增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)的貢獻(xiàn)。(注：夏季凈容量即為夏季總發(fā)電量除以夏季發(fā)電小時(shí)數(shù))

 

二、 區(qū)域供暖

 

(一)發(fā)展總體概況

 

在美國(guó)，地?zé)釁^(qū)域供暖項(xiàng)目最初是在高品位水熱型地?zé)豳Y源附近開(kāi)發(fā)的，但該技術(shù)正在向中-低品位水熱型地?zé)豳Y源地區(qū)擴(kuò)展。目前，美國(guó)共有23個(gè)地?zé)釁^(qū)域供熱系統(tǒng)，總?cè)萘砍^(guò)75MWth。

圖3 美國(guó)地?zé)釁^(qū)域供暖項(xiàng)目安裝數(shù)量

 

商業(yè)開(kāi)發(fā)上，美國(guó)的地?zé)釁^(qū)域供暖大部分還未開(kāi)發(fā)，直接利用地?zé)?/a>能只提供了美國(guó)目前總用熱需求的0.1%，原因主要有兩點(diǎn)，一是當(dāng)前美國(guó)天然氣價(jià)格較低，鼓勵(lì)地?zé)崮芄?/a>的驅(qū)動(dòng)力不強(qiáng)，二是民眾和地方政府對(duì)地?zé)釁^(qū)域供暖技術(shù)沒(méi)有足夠重視。區(qū)域分布上，美國(guó)所有的地?zé)釁^(qū)域供暖項(xiàng)目均位于美國(guó)西部，2000年以來(lái)新安裝的4個(gè)項(xiàng)目全部位于加州和俄勒岡州。裝機(jī)規(guī)模上，系統(tǒng)的容量范圍從0.1 MWth~20 MWth以上，平均裝機(jī)容量4MWth。服役年限上，美國(guó)82%的地?zé)釁^(qū)域供暖系統(tǒng)已經(jīng)使用了30年以上，剩下的18%中，有一半已經(jīng)超過(guò)了10年服役期。利用情況上，美國(guó)地?zé)釁^(qū)域供暖系統(tǒng)的平均利用率為23%，這種低利用率主要?dú)w結(jié)于經(jīng)常無(wú)法滿負(fù)荷運(yùn)行及供暖的季節(jié)性原因。成本價(jià)格上，美國(guó)地?zé)釁^(qū)域供暖的成本在15美元~105美元/MWh之間，平均54美元/MWh，在這23個(gè)商業(yè)項(xiàng)目中，有10個(gè)獲得了美國(guó)能源部的貸款和贈(zèng)款支持。事實(shí)證明，聯(lián)邦、州和地方資金支持對(duì)發(fā)展美國(guó)大多數(shù)現(xiàn)有區(qū)域供熱項(xiàng)目至關(guān)重要。

 

(二)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)障礙

 

1. 技術(shù)障礙

 

(1) 高等級(jí)地?zé)豳Y源和供熱需求逆向分布特征，美國(guó)地?zé)?a href="http://www.optool.cn/t/資源.html" >資源豐富的地區(qū)位于美國(guó)西部，而供熱需求旺盛的地區(qū)位于美國(guó)東部，且美國(guó)的用熱、用冷系統(tǒng)多樣性大，改造過(guò)程復(fù)雜;

 

(2) 針對(duì)識(shí)別和開(kāi)發(fā)優(yōu)質(zhì)高溫地?zé)豳Y源，未來(lái)需進(jìn)一步開(kāi)發(fā)先進(jìn)勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)。

 

2. 政策/市場(chǎng)障礙

 

(1) 美國(guó)的地?zé)岵膳?/a>和制冷技術(shù)并未受益于一些州的碳核算機(jī)制，如排放交易或可再生能源組合標(biāo)準(zhǔn)(RPS)，天然氣作為一種廉價(jià)的供暖能源品種，相比于地?zé)峁┡?/a>更具有經(jīng)濟(jì)性;

 

(2) 與其他國(guó)家甚至其他可再生能源技術(shù)相比，缺乏聯(lián)邦或州政府的激勵(lì)措施，如補(bǔ)貼或稅收抵免;

 

此外，美國(guó)的能源基礎(chǔ)設(shè)施以蒸汽管道為主，若采用地?zé)峁┡?/a>，則需要對(duì)地?zé)峁?yīng)的熱水分配系統(tǒng)進(jìn)行改造。

 

(三)未來(lái)發(fā)展預(yù)測(cè)

 

根據(jù)對(duì)一般發(fā)展情景和技術(shù)革新情景下的模型預(yù)測(cè)結(jié)果，在一般發(fā)展情景下，技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和市場(chǎng)潛力分別為27000 MWth、2800 MWth和1000 MWth;在技術(shù)革新情境下，經(jīng)濟(jì)和市場(chǎng)潛力分別為27000 MWth、4600 MWth和1600 MWth。如果將增強(qiáng)型地?zé)衢_(kāi)發(fā)技術(shù)和區(qū)域供熱技術(shù)考慮在內(nèi)，則相應(yīng)數(shù)值最高可高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

 

三、 新興技術(shù)

 

(一)增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)技術(shù)

 

增強(qiáng)型或工程型地?zé)嵯到y(tǒng)(EGS)在兩個(gè)或多個(gè)鉆孔之間建立水力連接，以實(shí)現(xiàn)流體循環(huán)。這使得低滲透巖石中的熱量可以被用來(lái)生產(chǎn)地?zé)崮?/a>。滲透率可以通過(guò)水力(或機(jī)械)增產(chǎn)來(lái)提高。

 

美國(guó)已經(jīng)開(kāi)展了數(shù)個(gè)示范項(xiàng)目，其中有3個(gè)項(xiàng)目仍然處于活躍度比較高的狀態(tài)。由美國(guó)能源部支持的EGS示范項(xiàng)目在地熱能研究前沿天文臺(tái)(FORGE)開(kāi)展。FORGE站點(diǎn)位于猶他州米爾福德附近，旨在通過(guò)專注于現(xiàn)場(chǎng)規(guī)模的測(cè)試和監(jiān)測(cè)，為開(kāi)發(fā)EGS資源創(chuàng)建一個(gè)可復(fù)制的過(guò)程，從而加速EGS的研究和開(kāi)發(fā)。相關(guān)的FORGE 路徑圖確定了EGS的關(guān)鍵研究領(lǐng)域:增產(chǎn)計(jì)劃和設(shè)計(jì)、裂縫控制和油藏管理。猶他 FORGE團(tuán)隊(duì)最近完成了該項(xiàng)目的第一口大斜度深井的鉆井，鉆井時(shí)間不到最初預(yù)期的一半。該井將作為注采井對(duì)的注入井或生產(chǎn)井，深度溫度接近226°C。目前，F(xiàn)ORGE站點(diǎn)包括一口試驗(yàn)井和三口地震監(jiān)測(cè)井。2020年7月，美國(guó)能源部地?zé)峒夹g(shù)辦公室(GTO)組織Cyrq Energy、Ormat 和相關(guān)高校聯(lián)合開(kāi)展改善勘探開(kāi)采前沿技術(shù)研究，以便為在內(nèi)華達(dá)州和加州開(kāi)展現(xiàn)有地?zé)崽?/a>勘探、識(shí)別、訪問(wèn)、創(chuàng)建和管理EGS資源進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備。美國(guó)能源部還資助了EGS協(xié)作項(xiàng)目，該項(xiàng)目是位于南達(dá)科他州鉛市桑福德地下研究設(shè)施的一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室，一個(gè)合作團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)行EGS儲(chǔ)層創(chuàng)建和模型驗(yàn)證的測(cè)試。

 

(二)閉環(huán)地?zé)峒夹g(shù)

 

閉環(huán)地?zé)?CLG)能源系統(tǒng)使用密封的井來(lái)使熱傳輸流體在地下循環(huán)，這樣就不需要從滲透性巖石地層中流動(dòng)地?zé)崃黧w。然而，在致密巖石中，為了克服井筒附近有限的熱補(bǔ)充，可能仍然需要滲透率。CLG可能能夠在廣泛的溫度和巖石條件下產(chǎn)生熱能和動(dòng)力，包括低溫沉積帶和高溫干巖層。CLG還增加了可行的地?zé)犴?xiàng)目的數(shù)量，因?yàn)樗梢杂糜谝郧安簧a(chǎn)的地?zé)峋?/a>。隨著時(shí)間的推移，由于儲(chǔ)層熱水化學(xué)變化，地?zé)峋?/a>可能會(huì)啟動(dòng)或不再生產(chǎn)。CLG還可以應(yīng)用于高溫地層的枯竭油氣井。對(duì)現(xiàn)有井進(jìn)行改造而不是鉆探新井，將降低地?zé)犴?xiàng)目固有的高鉆探風(fēng)險(xiǎn)和成本。由于沒(méi)有流體流失到周圍的地層中，因此可以簡(jiǎn)化環(huán)境允許的過(guò)程，并替代熱傳輸流體(如超臨界CO2)，在一定條件下可能優(yōu)于水。雖然CLG還沒(méi)有商業(yè)化，但有一些正在進(jìn)行的示范項(xiàng)目。在Coso地?zé)崽?/a>，GreenFire Energy公司在一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)規(guī)模的閉環(huán)系統(tǒng)中安裝了一個(gè)井下熱交換器，目標(biāo)井有幾兆瓦的潛力，但由于不凝氣含量高而沒(méi)有使用。水和超臨界CO2被成功地用作熱傳輸流體。水產(chǎn)生不含不凝氣體的蒸汽，將超臨界二氧化碳加熱直接發(fā)電。Eavor技術(shù)公司最近完成了位于加拿大阿爾伯塔省的Eavor-lite示范項(xiàng)目。Eavor-Lite是一個(gè)全尺寸原型閉環(huán)系統(tǒng)。鉆井和施工于2019年8月開(kāi)始，該設(shè)施于2019年12月投入使用。

 

(三)地?zé)岚l(fā)電調(diào)度技術(shù)

 

可調(diào)地?zé)崮茉诩夹g(shù)上是可行的，并已在夏威夷的普納合資企業(yè)進(jìn)行了演示。地?zé)?a href="http://www.optool.cn/t/發(fā)電廠.html" >發(fā)電廠可靈活運(yùn)行，提供輔助和電網(wǎng)可靠性服務(wù)(如電網(wǎng)支持、調(diào)節(jié)、負(fù)荷跟蹤、旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)備、非旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)備、替換或補(bǔ)充儲(chǔ)備)。曾經(jīng)有地?zé)?a href="http://www.optool.cn/t/發(fā)電廠.html" >發(fā)電廠過(guò)去提供靈活的模式，但由于需求低、設(shè)備額外壓力帶來(lái)的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本高，以及水力發(fā)電、煤炭和天然氣發(fā)電成本較低，這種模式在20世紀(jì)90年代初停止。由于地?zé)?a href="http://www.optool.cn/t/發(fā)電廠.html" >發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)性主要取決于資本成本，而且運(yùn)行成本相對(duì)較低，因此運(yùn)營(yíng)商傾向于基礎(chǔ)負(fù)荷發(fā)電，以實(shí)現(xiàn)收益最大化。部署可調(diào)度地?zé)岣嗟氖且粋€(gè)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題而不是技術(shù)問(wèn)題。需要進(jìn)一步的研究來(lái)評(píng)估靈活地?zé)岵僮鞯慕?jīng)濟(jì)參數(shù)，以及未來(lái)電網(wǎng)對(duì)基負(fù)荷與可調(diào)度地?zé)?a href="http://www.optool.cn/t/發(fā)電廠.html" >發(fā)電廠的要求。

 

地?zé)崮茏鳛榭烧{(diào)性資源的價(jià)值可能隨著靈活可再生能源的高滲透而增加。例如，在孤立或島嶼電網(wǎng)中，需要靈活的可再生能源。在夏威夷，普納地?zé)嵬顿Y工廠代表了第一個(gè)完全可調(diào)度的地?zé)峁S。2011年，普納地?zé)犸L(fēng)險(xiǎn)投資公司和夏威夷電力照明公司達(dá)成了一項(xiàng)8MW的擴(kuò)建協(xié)議，該電廠已擴(kuò)展到38MW，其中16MW的靈活產(chǎn)能。在歐洲也有柔性地?zé)岬睦樱?a href="http://www.optool.cn/t/德國(guó).html" >德國(guó)慕尼黑有5個(gè)柔性地?zé)岚l(fā)電廠，其中3個(gè)還向集中供熱網(wǎng)絡(luò)提供熱量。

 

(四)混合地?zé)峒夹g(shù)

 

混合地?zé)峒夹g(shù)是采用“地?zé)?”的能源形式，以地?zé)崮芎推渌茉聪嘟Y(jié)合，形成多能互補(bǔ)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)能量梯次利用。未來(lái)主要關(guān)注的是熱電發(fā)電技術(shù)，包括太陽(yáng)能熱電、煤炭熱電和天然氣熱電混合發(fā)電系統(tǒng)。地?zé)崮苓€可用于工藝熱應(yīng)用，如從化石熱電廠捕獲二氧化碳和熱脫鹽，地?zé)崮芸稍鰪?qiáng)壓縮空氣能量存儲(chǔ)等。

 

(五)礦物質(zhì)(鋰)提取技術(shù)

 

綠色低碳技術(shù)的蓬勃發(fā)展推動(dòng)了鋰、稀土元素的需求。鋰主要是從富含鋰的海水、地下熱鹽水或巖石中提煉獲得。現(xiàn)階段，美國(guó)進(jìn)口的鋰主要來(lái)自于阿根廷、智利和玻利維亞。如果能充分利用美國(guó)的地?zé)猁}水高效開(kāi)采鋰資源，將大大豐富美國(guó)的礦產(chǎn)資源。美國(guó)最豐富的地?zé)猁}水鋰礦資源位于美國(guó)加州的索爾頓海，地?zé)徜嚌舛?00mg/L。美國(guó)加州能源委員會(huì)已經(jīng)關(guān)注在該地區(qū)提取鋰資源技術(shù)的研發(fā)，并期望以此為依托在美國(guó)創(chuàng)造“世界級(jí)的鋰產(chǎn)業(yè)”。美國(guó)公司Lilac Solutions與澳大利亞公司Controlled Thermal Resources(CTR)合作的美國(guó)加州索爾頓海鹽湖地?zé)猁}水鋰礦，憑借其創(chuàng)新的鋰回收技術(shù)，吸引了比爾·蓋茨旗下風(fēng)投Breakthrough Energy Ventures(BEV)的2000萬(wàn)美元的投資。該技術(shù)用獨(dú)有的離子交換珠技術(shù)取代了傳統(tǒng)的蒸發(fā)池方法，能夠連續(xù)高效率地處理地?zé)猁}水，從而提純出電池級(jí)的鋰產(chǎn)品。該技術(shù)不僅可以降低生產(chǎn)成本，還能充分利用低品位的資源。此外，美國(guó)能源部也在開(kāi)展地?zé)徜囐Y源開(kāi)發(fā)相關(guān)技術(shù)的研發(fā)支持。

 

(六)地下熱能儲(chǔ)存技術(shù)

 

地下熱能儲(chǔ)存(Thermal Energy Storage, TES)是利用地下的自然熱容來(lái)存儲(chǔ)熱能供以后使用。

 

含水層TES在地下含水層中以適中的溫度儲(chǔ)存熱能。大多數(shù)含水層TES系統(tǒng)位于荷蘭，井深通常為10米~150米。這些含水層可以位于松散的沉積單元、多孔的沉積巖(如砂巖或石灰?guī)r)或破裂的硬巖層中。根據(jù)適用溫度范圍劃分，含水層TES有三種不同類型：在溫度超過(guò)60°C的深層含水層中可以進(jìn)行高溫存儲(chǔ)，中溫儲(chǔ)存范圍為30°C~60°C，地下幾百米的低溫儲(chǔ)存通常限制在30°C以下。含水層TES系統(tǒng)已經(jīng)在世界各地應(yīng)用，歐洲有許多成功的系統(tǒng)。含水層TES在美國(guó)要有限得多，但在新澤西州的理查德·斯托克頓學(xué)院有一個(gè)含水層TES項(xiàng)目，在明尼蘇達(dá)州、俄亥俄州和馬里蘭州也進(jìn)行了含水層TES的可行性研究。

 

儲(chǔ)層TES利用地下的滲透層來(lái)儲(chǔ)存熱能。儲(chǔ)層TES是一項(xiàng)新技術(shù)，存儲(chǔ)溫度可在70°C~100°C之間，目前應(yīng)用較少。使用的儲(chǔ)層通常比用于含水層TES的儲(chǔ)層更深、更熱，其特點(diǎn)是幾乎不流動(dòng)，這使得TES更容易控制。隨著熱散失率的降低，儲(chǔ)層TES的效率會(huì)隨著時(shí)間的推移而增加，儲(chǔ)層TES已被證明是大型建筑的一種可行的熱能來(lái)源。

 

其它TES技術(shù)，利用地下空間如坑、礦山和洞穴存儲(chǔ)熱量的方式雖然尚未得到廣泛應(yīng)用，但已經(jīng)從基礎(chǔ)研發(fā)階段步入了實(shí)踐示范階段，歐洲已經(jīng)有少數(shù)項(xiàng)目利用礦井TES作為低溫熱源加熱建筑。

 

(七)油氣與地?zé)崧?lián)產(chǎn)開(kāi)發(fā)技術(shù)

 

油氣沉積盆地擁有豐富的地?zé)豳Y源，油氣與地?zé)崧?lián)產(chǎn)技術(shù)日益受到關(guān)注。在美國(guó)，許多沉積盆地已經(jīng)鉆探石油和天然氣，留下了大量的鉆井記錄和地質(zhì)地層、溫度梯度和其他儲(chǔ)層性質(zhì)的特征，可以利用這些特征進(jìn)行低成本和低影響的地?zé)衢_(kāi)采。通常情況下，采出水與碳?xì)浠衔锏谋戎禃?huì)隨著時(shí)間的推移而增加，這意味著在油氣儲(chǔ)量不斷減少的地區(qū)，油井可能會(huì)成為地?zé)崧?lián)合開(kāi)采或轉(zhuǎn)化的重要選擇。利用油氣井生產(chǎn)地?zé)崮苡袃煞N方法：一是，利用相關(guān)已有的鉆井裝備用于地?zé)豳Y源開(kāi)采;二是，利用這些油氣井開(kāi)采油氣資源的同時(shí)，伴生產(chǎn)生地?zé)豳Y源。在這兩種情況下, 重復(fù)使用現(xiàn)有井可以避免新井昂貴的鉆井成本，并提高社會(huì)接受度。懷俄明州落基山油田測(cè)試中心的一個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)得到了該項(xiàng)技術(shù)的驗(yàn)證，該項(xiàng)目使用油井聯(lián)合采出的地?zé)崴?/a>為一個(gè)250kW的有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)地?zé)岚l(fā)電裝置提供熱源。未來(lái)，通過(guò)改進(jìn)現(xiàn)有的油氣裝備以使其更加高效地開(kāi)展油氣伴生地?zé)豳Y源的地?zé)崮荛_(kāi)采利用，將是一種重要的趨勢(shì)。

 

(八)地?zé)峁├?/a>技術(shù)

 

地?zé)崮?a href="http://www.optool.cn/t/制冷.html" >制冷是地?zé)崮芫C合利用的一個(gè)重要方面，在美國(guó)的大部分地區(qū)，制冷比供暖更需要。在阿拉斯加州的切納溫泉，吸收式制冷機(jī)的運(yùn)行成本還不到備用系統(tǒng)的三分之一。

 

(九)超臨界地?zé)?/a>技術(shù)

 

超臨界地?zé)崃黧w(>5km，>400℃)比目前深度(~3.5km)和儲(chǔ)層溫度(<350℃)的常規(guī)地熱流體相比，提供的能量要更大，據(jù)估計(jì)，超臨界地?zé)?/a>資源的能量潛力至少在一個(gè)資源區(qū)域達(dá)到十億瓦規(guī)模，每口井的能量是常規(guī)熱液資源的10倍。傳統(tǒng)的鉆井和完井技術(shù)、井下工具和地面設(shè)備不適合這些系統(tǒng)的極端溫度和腐蝕性流體化學(xué)成分。在冰島鉆出的第一口超臨界井(IDDP-1)產(chǎn)生了極具腐蝕性和研磨性的流體，該井進(jìn)行了1年多的流動(dòng)測(cè)試，并證明其產(chǎn)量可超過(guò)36MW。冰島第二口超臨界井IDDP-2沒(méi)有進(jìn)行測(cè)試，原因可能是流體的腐蝕性導(dǎo)致套管損壞。然而，該井的鉆井深度為4.7 km，井底溫度估計(jì)為535℃。這證實(shí)了即使是含有海水成分的流體也達(dá)到了超臨界域，冰島深井鉆探項(xiàng)目IDDP-3的第三口深井計(jì)劃在未來(lái)幾年進(jìn)行。此外，新西蘭等地?zé)豳Y源豐富的國(guó)家也開(kāi)展了超臨界地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)技術(shù)的布局。

 

(十)地?zé)崮芪⒕W(wǎng)技術(shù)

 

盡管在美國(guó)，地?zé)釒缀踔挥糜诖笮碗娋W(wǎng)項(xiàng)目，但地?zé)峒夹g(shù)也能在微電網(wǎng)規(guī)模上提供電力。許多小型項(xiàng)目，包括并網(wǎng)和隔離，已經(jīng)成功運(yùn)行了多年。它們提供了柴油發(fā)電機(jī)的替代方案，而柴油發(fā)電機(jī)通常用于遠(yuǎn)程發(fā)電。幾個(gè)不斷變化的市場(chǎng)條件正在提高地?zé)嵛㈦娋W(wǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，包括碳核算、小規(guī)模地?zé)岚l(fā)電的技術(shù)改進(jìn)(特別是ORC渦輪機(jī)效率、井口發(fā)電和設(shè)計(jì)優(yōu)化)，以及批量生產(chǎn)的模塊化系統(tǒng)的可用性。

 

成功的小型地?zé)岚l(fā)電廠在孤立和并網(wǎng)的環(huán)境中都有應(yīng)用，通常與級(jí)聯(lián)直接使用項(xiàng)目相結(jié)合，以提高項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。泰國(guó)清邁附近的方氏地?zé)嵯到y(tǒng)采用低溫熱源(116°C)， ORC系統(tǒng)自1989年以來(lái)一直持續(xù)運(yùn)行，余熱用于冷藏、作物干燥和水療。自2006年以來(lái)，一個(gè)680kW的孤立地?zé)嵛㈦娋W(wǎng)一直在阿拉斯加的切納運(yùn)行，第一年的運(yùn)行節(jié)省了超過(guò)65萬(wàn)美元的柴油燃料，并將電力成本從0.30美元/kWh降低到0.05美元/kWh，該電廠利用了世界上溫度最低的71oC地?zé)岚l(fā)電源，利用接近冰點(diǎn)的河水和季節(jié)性零度以下的空氣溫度進(jìn)行發(fā)電循環(huán)散熱。總的來(lái)說(shuō)，該工廠多年來(lái)進(jìn)行了一些改造和完善，余熱用于區(qū)域供暖、溫室、利用吸收式制冷的季節(jié)性制冷、溫泉療養(yǎng)和其他用途。