客观日本

产综研:掌握地下热水流动状况,通过注水维持地热发电功率

2021年06月30日 能源环境

为达成日本政府提出的“2050年实现温室气体净零排放”的目标,日本开始促进地热发电的技术。产业技术综合研究所(以下简称“产综研”)开发出了掌握地热发电中利用地下热水流动情况的方法,有助于维持发电站的发电功率。虽然日本的地热资源储量位居世界第三,但对地热资源的利用却比较落后。因此有效利用各种技术至关重要。

地热发电站通过提取地下的蒸汽来驱动涡轮机来发电。但长期提取蒸汽可能会造成地下热水不足,从而导致发电功率低于预期。例如,1995年投入运转的柳津西山地热发电站(福岛县柳津町)到2017年时,其额定输出功率就降到了原来的一半以下。

建设地热发电站需要大量资金,工期也比较长。最好的办法是尽可能地维持发电站的输出功率。维持输出功率有通过向地下注水来增加热水量的方法,以前无法实时掌握热水的流动情况,即使注水,水流方向也可能偏离发电站所在的位置。

产综研发现,可以利用设置在地下数百米深处的传感器,根据风等引起的“常时微动”掌握当前的热水流动情况。常时微动是人类觉察不到的轻微震动。研究发现,当观测地点有热水流动时,垂直晃动幅度会增大。把垂直晃动幅度较大的位置连接起来,就可以掌握热水的流动线路。

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脱碳离不开地热资源的有效利用(柳津西山地热发电站)

产综研首先确认,在柳津西山地热发电站周边可以掌握热水的流动情况。今后将验证在其他发电站是否也能确认,以及常时微动在不同观测地点的晃动方式是否有变化等。如果产综研的方法被证实可行,那么此前通常依赖经验的发电站注水将变得更容易,有助于维持发电输出。

在地热相关的技术方面,日本石油天然气金属矿产资源机构(JOGMEC)与三菱材料公司等共同开发了可将钻井效率提高至原来2倍的钻井部件。新能源产业技术综合开发机构(NEDO)从2015年度开始一直致力于验证利用岩浆附近的高温高压地热资源的新一代“超临界地热发电”技术。

然而,日本的地热开发比较落后,虽然地热资源储量仅次于美国和印度尼西亚,但据英国石油公司的数据,2019年日本的地热发电容量仅排名全球第十,为52万5000千瓦。由于输出功率发生变化等,这一数据比10年前的2009年还减少了1万千瓦。

地热开发未取得进展有很多原因,包括从开始调查到投入运转需要10年以上的时间,以及难以与当地的温泉经营者等达成开发共识等。即使顺利投入运转,因年久老化导致输出功率下降的话,盈利能力也会下降。日本政府为促进地热发电的普及,还打算修订相关法规。包括开发新技术在内,官民合作需要进一步采取对策。

日文:落合修平、《日经产业新闻》,2021/06/16
中文:JST客观日本编辑部