張立寬:未來地熱會有一個井噴式發(fā)展

作者:張立寬 發(fā)布時間:2018-03-26   來源:電力網(wǎng)

  這幾天,北方地區(qū)的供暖季將陸續(xù)結(jié)束,回想起這個供暖季真可謂跌宕起伏、一波三折。由于北京周邊一些地區(qū)大面積集中“煤改氣”造成天然氣供應短缺,部分地區(qū)出現(xiàn)供暖不到位不達標、群眾挨冷受凍情況。去年12月,國家發(fā)改委等10部委印發(fā)未來五年北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃。按照規(guī)劃,到2021年北方地區(qū)清潔取暖率達到70%,基本實現(xiàn)霧霾嚴重城市化地區(qū)的散煤供暖清潔化。同時,對于位于京津冀大氣污染傳輸通道的“2+26”重點城市的標準更加嚴格,到2019年“2+26”重點城市城區(qū)清潔取暖率要達到90%以上。目前,通過電、氣、清潔燃煤,以及可再生能源供暖等方式,北方地區(qū)清潔取暖比例達到34%,但總體比例仍然較低,而且發(fā)展緩慢。

  按照習近平總書記指出的企業(yè)為主、政府推動、居民可承受的方針,宜氣則氣,宜電則電,盡可能利用清潔能源,加快提高清潔供暖比重的指示精神,清潔取暖絕不是簡單的“一刀切”式的“煤改電、煤改氣”,而是對煤炭、天然氣、電、可再生能源等多能源形式統(tǒng)籌謀劃,綜合利用。因此,筆者認為地熱是北方地區(qū)清潔取暖的有效補充。

  地熱是一種清潔可再生能源

  地熱是來自地球內(nèi)部核裂變產(chǎn)生的一種能量資源。地球是一個龐大的熱庫,蘊藏著巨大的熱能,這種熱量滲出地表,于是就有了地熱。地熱能是一種清潔能源,是可再生能源,其開發(fā)前景十分廣闊。

  依據(jù)地熱資源的埋深及存在形式可分為淺層地熱資源、水熱型地熱資源和干熱巖地熱資源。淺層地熱能即地下200米以淺,儲存在巖石、土壤中或地下水里的熱能。它是地球內(nèi)部的熱和太陽輻射的熱兩相平衡的結(jié)果,在這個范圍內(nèi),溫度基本是恒定的,既可供暖,也可制冷。水熱型地熱資源是以蒸氣為主的地熱資源和以液態(tài)水為主的地熱資源的統(tǒng)稱,根據(jù)其溫度可分為高溫(>150度)、中溫(90-150度)低溫<90度三種類型。熱干巖型地熱資源是蘊藏在熱干巖體中的地熱資源,儲熱巖體中不存在熱水和蒸氣,埋深3000米以上。其溫度可達到數(shù)百攝氏度,但是由于地表缺乏大氣降水,或者因為其本身的透水能力太差,不能形成水熱型地熱資源,而巖體所蘊藏的大量熱能目前還難以直接利用。

  我國地熱資源十分豐富,地熱資源總量占世界的7.9%,可采儲量相當于4626.5億噸標準煤。據(jù)國土資源部中國地質(zhì)調(diào)查局統(tǒng)計,截至目前,我國337個主要城市淺層地熱能可開采資源量折合標準煤7億噸,相當于全國用于供暖制冷總能源消耗的60%以上;可實現(xiàn)建筑物供暖制冷面積320億平方米,相當于現(xiàn)狀總面積的2倍以上。根據(jù)中國地質(zhì)調(diào)查局地熱資源調(diào)查評價成果,截至2015年底,我國年利用淺層地熱能對建筑物供暖制冷面積為3.92億平方米,其中京津冀8500萬平方米,約占全國的20%,是我國淺層地熱能開發(fā)程度最高、用于建筑物供暖制冷規(guī)模最大的地區(qū)。

  國家對地熱取暖開發(fā)高度重視。早在1997年,科技部與美國能源部簽署的《中美能效與可再生能源合作議定書》中,其主要內(nèi)容之一就是“地源熱泵”技術(shù)的合作;2006年,建設(shè)部就頒布了《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范國家標準》,作為新型高效、可再生能源技術(shù)的水源熱泵技術(shù)被列入目錄;2013年初,國家能源局、財政部、國土資源部和住建部《關(guān)于促進地熱能開發(fā)利用的指導意見》出臺,提出到2020年,地熱能開發(fā)利用量達到5000萬噸標準煤,將形成完善的地熱能開發(fā)利用技術(shù)和產(chǎn)業(yè)體系。2017年初,國家發(fā)改委、能源局、國土資源部等部門聯(lián)合印發(fā)了《地熱能開發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》,要求在“十三五”時期,新增地熱能供暖(制冷)面積11億平方米,其中新增淺層地熱能供暖(制冷)面積7億平方米。該規(guī)劃顯示,“十三五”期間,淺層地熱能供暖(制冷)可拉動投資約1400億元。

  今年1月8日,國家發(fā)展改革委、國土資源部、環(huán)境保護部、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部、水利部、國家能源局聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于加快淺層地熱能開發(fā)利用促進北方采暖地區(qū)燃煤減量替代的通知》 ,要求對地熱資源因地制宜開發(fā)利用,對現(xiàn)有非清潔燃煤供暖適宜用淺層地熱能替代的,應盡快完成替代;對集中供暖無法覆蓋的城鄉(xiāng)結(jié)合部等區(qū)域,在適宜發(fā)展淺層地熱能供暖的情況下,積極發(fā)展淺層地熱能供暖。要根據(jù)供熱資源稟賦,因地制宜選取淺層地熱能開發(fā)利用方式。同時要求創(chuàng)新開發(fā)利用模式,在淺層地熱能開發(fā)利用領(lǐng)域大力推廣采取合同能源管理模式,鼓勵將淺層地熱能開發(fā)利用項目整體打包,采取建設(shè)-運營-維護一體化的合同能源管理模式,系統(tǒng)運營維護交由專業(yè)化的合同能源服務公司。

  地熱取暖(制冷)技術(shù)已經(jīng)成熟

  地熱資源的開發(fā)利用主要是發(fā)電和直接利用兩種模式。高溫地熱資源主要用于發(fā)電,比如西藏羊八井地熱電站。中低溫地熱以直接利用為主,對于25度以下淺層地熱,可利用熱泵進行供暖和制冷,目前淺層和水熱型地熱能供暖(制冷)技術(shù)已基本成熟。

  淺層地熱能屬于低品位熱源,應用主要使用熱泵技術(shù),需要結(jié)合熱泵系統(tǒng)為建筑物供暖制冷。按所取能源對象可以分為地埋管地源熱泵系統(tǒng)、地下水地源熱泵系統(tǒng)和地表水地源熱泵系統(tǒng)。地埋管地源熱泵理論上適合任意地質(zhì)條件,地下為閉式換熱系統(tǒng),不會對地區(qū)地下水造成影響,是今后地源熱泵發(fā)展的重點;地下水源熱泵簡便易行、造價低,水井占地面積小,但受水文地質(zhì)條件影響較大,只適宜在地下水較為豐富、穩(wěn)定、回灌條件較好的區(qū)域;地表水熱泵系統(tǒng)投資較低,缺點是地表水源容易受自然條件影響,影響系統(tǒng)負荷的因素較多,容易造成不穩(wěn)定。因此,開發(fā)淺層地熱資源必須考慮賦存條件、負荷范圍,因地制宜地選擇不同的熱泵利用方式。深層水熱型地熱資源取暖主要依靠抽取地熱水,并提取其儲存的熱能為建筑物供暖。如果提取的地熱水出水溫度合適,可以直接用于供暖;如果溫度過高,可以結(jié)合水泵梯級利用,降低地熱尾水溫度,提高地熱綜合利用率。

  地熱資源開發(fā)技術(shù)層面已經(jīng)十分簡單。對于淺層地熱要求地埋管孔數(shù)與布局方案合理,使得地埋管地源熱泵系統(tǒng)在運行一整個供冷供暖季后,能夠維持平衡;另外,鉆進埋管技術(shù)要十分成熟,在施工過程中防止對周邊區(qū)域地下水資源造成污染。對于深層地熱供暖技術(shù)要求,一是要加強地熱尾水回灌技術(shù),這對于地熱資源保護、減少資源浪費、延長生產(chǎn)井壽命、防止環(huán)境污染具有關(guān)鍵作用,要做到取熱后的地熱尾水百分之百進行回灌,只取熱不取水;二是關(guān)于地熱井鉆技術(shù),要針對不同深度、地層、巖性和不同熱儲類型優(yōu)化設(shè)計井深結(jié)構(gòu),提高地熱井使用壽命。

  多年來,我國中低溫地熱利用始終走在世界前列,連續(xù)20多年總量排名世界第一。特別是2004年后年增長率超過30%,應用范圍擴展至全國,其中80%集中在華北和東北南部,包括北京、天津、河北、遼寧、河南、山東等地區(qū)。

  地熱取暖要實現(xiàn)有序開發(fā)、合理利用、科學管理

  隨著地熱利用技術(shù)的逐步提高,相比煤炭等不可再生能源,地熱能開發(fā)具有一定的成本優(yōu)勢。目前,隨著我國多年的產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術(shù)攻關(guān),通過地源熱泵技術(shù)的淺層地熱能應用已經(jīng)突破了成本瓶頸。北京城市副中心、北京新機場以及雄安新區(qū)建設(shè)都在規(guī)?;褂脺\層地熱能資源。

  據(jù)專家介紹,北京地下的溫度大概在14至16度。冬天把這部分通過熱泵機組、壓縮機提升,變成高品位熱能供室內(nèi)供暖,夏天再把室外的熱放到地下,從地下?lián)Q出涼來,為室內(nèi)降溫。筆者曾參觀過國內(nèi)最大多熱能綜合利用項目——北京國際鮮花港,它是北京2009年主辦第七屆中國花卉博覽會的主要工程,是現(xiàn)今國內(nèi)唯一大規(guī)模使用地熱綜合技術(shù)解決現(xiàn)代農(nóng)業(yè)設(shè)施采暖的大型工程項目。它采用地熱、水源熱泵、地源熱泵為主,燃氣鍋爐為輔的綜合能源設(shè)計,實現(xiàn)了多能互補、優(yōu)化利用、降低費用的目的。北京市海淀區(qū)北清路一產(chǎn)業(yè)園采用這種技術(shù),相比于傳統(tǒng)的煤電,全年供暖制冷成本節(jié)省一半,其供暖制冷一平方米在16-17元,而北京集中供暖大概是一平方米27-28元,天然氣供暖則達到36元,因此此項技術(shù)具有很好的經(jīng)濟性。

  過去北方農(nóng)村地區(qū)取暖大部分都是采用散煤燃燒形式,造成嚴重污染和濃重霧霾,而且經(jīng)濟性差、供暖效果不佳。北京市門頭溝龍泉鎮(zhèn)龍泉霧村三面環(huán)水、一面臨山,在2016年“煤改電”無煤化改造時,選用地源熱泵中標企業(yè)——恒有源地能熱寶系統(tǒng)為百姓冬季供暖、夏季制冷和提供日常生活熱水,實現(xiàn)了能源的清潔高效利用。該村1477戶總計4000多人,整村采用單井循環(huán)換熱地能熱寶系統(tǒng),年替代標煤1萬噸,減少二氧化硫排放169噸、氮氧化物排放123噸,榮獲“北京市2017年節(jié)能低碳技術(shù)產(chǎn)品示范案例”。

  當然,開發(fā)地熱取暖要照顧到環(huán)境和資源條件,前期需要進行地熱資源勘察,并對項目地熱供暖的適宜性和經(jīng)濟性進行評估。根據(jù)勘察結(jié)果,制定合理的開發(fā)利用規(guī)劃,確定適宜的開發(fā)利用模式,做到有序開發(fā)、合理利用、科學管理,提高地熱利用效率。對于淺層地熱,如果使用地埋管熱泵系統(tǒng),則需要考慮區(qū)域地層可鉆性和土壤換熱能力,評估地熱供暖的經(jīng)濟性;對于深層地熱,則必須確定項目區(qū)存在水量、溫度是否合適,是否具有深層地熱資源開發(fā)的經(jīng)濟性,也可以采用系統(tǒng)的最優(yōu)化設(shè)計,即結(jié)合項目所在區(qū)域資源條件、負荷特點,綜合考慮經(jīng)濟、安全等諸多因素,制定幾種能源相結(jié)合即多能互補的復合式能源利用系統(tǒng),利用大數(shù)據(jù)云計算技術(shù),制定多層級、模塊化供用一體化解決方案,滿足供暖(制冷)需要,實現(xiàn)經(jīng)濟效益和社會效益的最大化。比如,可以采用地熱資源供暖負責基礎(chǔ)負荷、常規(guī)能源供暖負責短期尖峰負荷的復合式多能互補能源系統(tǒng),實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)地熱資源和常規(guī)能源在運行出力上合理結(jié)合,實現(xiàn)能源穩(wěn)定的供應性和經(jīng)濟合理性;同時,還要做好城市地下空間及資源的利用,這需要多部門間的協(xié)同合作以及監(jiān)測體系的建立。

  總之,正如《關(guān)于加快淺層地熱能開發(fā)利用、促進北方采暖地區(qū)燃煤減量替代的通知》指出的那樣,按照“企業(yè)為主、政府推動、居民可承受”方針,鼓勵相關(guān)地區(qū)創(chuàng)新投融資模式、供熱體制和供熱運營模式,進一步放開城鎮(zhèn)供暖行業(yè)的市場準入;大力推廣政府和社會資本合作(PPP)模式,積極支持社會資本參與淺層地熱能開發(fā);鼓勵投資主體發(fā)行綠色債券實施淺層地熱能開發(fā)利用;鼓勵金融機構(gòu)、融資租賃企業(yè)創(chuàng)新金融產(chǎn)品和融資模式支持淺層地熱能開發(fā)利用;統(tǒng)籌運用相關(guān)政策,支持和規(guī)范淺層地熱能開發(fā)利用,提升居民供暖清潔化水平,改善空氣環(huán)境質(zhì)量。筆者樂見,作為北方地區(qū)清潔取暖的有效補充,未來我國地熱能利用一定會出現(xiàn)一個井噴式發(fā)展。

      關(guān)鍵詞:區(qū)塊鏈, 地熱能


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