客觀日本

產綜研:掌握地下熱水流動狀況,通過注水維持地熱發電功率

2021年06月30日 能源環境

為達成日本政府提出的「2050年實現溫室氣體淨零排放」的目標,日本開始促進地熱發電的技術。產業技術綜合研究所(以下簡稱「產綜研」)開發出了掌握地熱發電中利用地下熱水流動情況的方法,有助於維持發電站的發電功率。雖然日本的地熱資源蘊藏量位居世界第三,但對地熱資源的利用卻比較落後。因此有效利用各種技術至關重要。

地熱發電站通過提取地下的蒸汽來驅動渦輪機來發電。但長期提取蒸汽可能會造成地下熱水不足,從而導致發電功率低於預期。例如,1995年投入運轉的柳津西山地熱發電站(福島縣柳津町)到2017年時,其額定輸出功率就降到了原來的一半以下。

建設地熱發電站需要大量資金,工期也比較長。最好的辦法是儘可能地維持發電站的輸出功率。維持輸出功率有通過向地下注水來增加熱水量的方法,以前無法即時掌握熱水的流動情況,即使注水,水流方向也可能偏差發電站所在的位置。

產綜研發現,可以利用設置在地下數百米深處的感測器,根據風等引起的「常時微動」掌握當前的熱水流動情況。常時微動是人類覺察不到的輕微震動。研究發現,當觀測地點有熱水流動時,垂直晃動幅度會增大。把垂直晃動幅度較大的位置連接起來,就可以掌握熱水的流動線路。

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去碳離不開地熱資源的有效利用(柳津西山地熱發電站)

產綜研首先確認,在柳津西山地熱發電站周邊可以掌握熱水的流動情況。今後將驗證在其他發電站是否也能確認,以及常時微動在不同觀測地點的晃動方式是否有變化等。如果產綜研的方法被證實可行,那麼此前通常依賴經驗的發電站注水將變得更容易,有助於維持發電輸出。

在地熱相關的技術方面,日本石油天然氣金屬礦產資源機構(JOGMEC)與三菱材料公司等共同開發了可將鑽井效率提高至原來2倍的鑽井部件。新能源產業技術綜合開發機構(NEDO)從2015年度開始一直致力於驗證利用岩漿附近的高溫高壓地熱資源的新一代「超臨界地熱發電」技術。

然而,日本的地熱開發比較落後,雖然地熱資源蘊藏量僅次於美國和印度尼西亞,但據英國石油公司的數據,2019年日本的地熱發電容量僅排名全球第十,為52萬5000瓩。由於輸出功率發生變化等,這一數據比10年前的2009年還減少了1萬瓩。

地熱開發未取得進展有很多原因,包括從開始調查到投入運轉需要10年以上的時間,以及難以與當地的溫泉經營者等達成開發共識等。即使順利投入運轉,因年久老化導致輸出功率下降的話,盈利能力也會下降。日本政府為促進地熱發電的普及,還打算修訂相關法規。包括開發新技術在内,官民合作需要進一步採取對策。

日文:落合修平、《日經產業新聞》,2021/06/16
中文:JST客觀日本編輯部