可再生地热能源发展迅速 取暖仍需因地制宜
发布者:dxh | 来源:南方能源观察 | 0评论 | 418查看 | 2018-09-28 18:27:20    

“在我小时候,每年只有3到4个月的时间可以踢球,冬天踢不了,因为到处都是冰雪。”冰岛外长索尔达松近日在接受媒体采访时回忆,“现在我们有了(用地热)来供暖的室内球场,孩子们全年都可以踢球。”


地热能是蕴藏在地球内部的热能,是一种清洁低碳、分布广泛的可再生能源,与风能、太阳能等能源一样,地热能被明确列入我国《可再生能源法》中。地热能通常可分为浅层地热能、水热型地热能、干岩型地热能。水热型地热能是指地下储有大量热能的蓄水层,是现在开发利用的主要地热资源。


我国在1950年代开始规模化利用温泉,相继建立160多家温泉疗养院。1970年代初,中国地热资源开发利用开始进入温泉洗浴、供暖、发电等。不过至今,我国的地热能利用仍处在起步阶段。


2017年农历新年刚过,国家发展改革委、国土资源部及国家能源局共同发布的《地热能开发利用“十三五”规划》(以下简称《规划》),被业内认为是我国地热产业发展的里程碑。


今年8月底发布的《中国地热能发展报告(2018)》白皮书(以下简称《报告》)提到,2000年利用浅层地热能供暖(制冷)建筑面积仅为10万平方米,2010年以来以年均28%的速度递增,截至2017年底,年利用浅层地热能折合1900万吨标准煤,实现供暖(制冷)建筑面积超过5亿平方米,主要分布在北京、天津、河北、辽宁、山东、湖北、江苏、上海等省市的城区,其中京津冀开发利用规模最大。


据了解,中石化、中石油、中广核、中核等在地热方面有所探索和布局。近年来,不少民营企业也开始进入地热产业。例如2008年成立的河南万江集团,在河南三门峡陕州区创建河南省首个地热集中供暖项目示范区,并将陕州的模式复制到周口地区,计划打造20个示范区,推动北方地区清洁取暖。


中国科学院广州能源研究所地热能研究室主任马伟斌感叹,这几年地热能在取暖方面的利用还是发展得很快,但是仍然要注意“因地制宜”。


资源是前提


“埋藏浅、水温高、储量大、水质好”,这是1988年出版的《华北地热》一书中记载的雄县牛驼镇地热田的热储优势。


雄县1990年代就已经开始利用地热能,当地学校、医院甚至个人纷纷打井取暖。


中国雄安官网显示,雄县境内地热资源丰富,地热面积320万平方公里,地热水储量达821.78亿立方米,且埋藏较浅,在500至1200米之间,便于开发利用。安新县境内地热资源储藏面积达350多平方公里,储量150多亿吨。


资源的优势让地热供暖在雄县普遍推广。绿源地热能开发有限公司(简称“绿源公司”)有关人士介绍,目前雄县已经建成地热供暖能力530万平方米,县城城区基本实现全覆盖。中石化绿源地热能开发有限公司是中国石化新星公司与冰岛极地绿色能源集团在2006年共同投资组建。


根据有关媒体报道,截至目前,雄安新区签约供暖面积已达738万平米,建成供热能力602万平米,建设地热站51座,地热井123口,铺设供热管网450公里。


中国石化集团新星石油公司副总地质师兼雄安项目管理部总经理刘金侠透露,中石化新星参与到了雄安新区能源规划方案的讨论当中,方案已经基本成型,“原来说8月份(出台),现在9月份,看起来弄好至少要10月份,地热应该是会作为一部分重要的内容出现,是供热的重要部分。”


不过,地热也不是包打天下,只是在有些地区能够做贡献。万江集团有关人士认为,地热资源开发的前提是有资源可用。


我国地热资源分布广泛,资源种类繁多,资源量相对丰富,但受构造、岩浆活动、地层岩性、水文地质条件等因素控制,总体分布不均匀。


根据中国地质调查局完成的全国地热资源调查,华北、松辽、苏北、江汉、鄂尔多斯、四川等盆地及东南沿海、胶东半岛、辽东半岛等山地中低温(25℃~150℃)地热资源可观,西藏、云南、四川、台湾等地的中高温地热资源储量大。


“地然资源虽然不是包打天下,但是我国地热资源丰富。”前述万江集团有关人士表示,“我国大部分地区,都可以根据资源存储情况进行地热资源开发利用,促进地区能源资源转型,助力大气污染防治。”


采灌要结合


地热水开采一直以来被诟病的一个问题是,无序开采对地下水有影响。


雄县也曾遭遇过因开采地热水导致地下水位下降。雄县城内有个“温泉湖”。据《中国新闻周刊》在2017年10月的报道,雄县县委宣传部副部长王金锁说,这个湖本是个很小的自然湖,2000年前后,大量开采出的地热水无处排放,都排到湖里。湖面越来越大,谁也不知道水有多深。地热水排出后依然有三四十度,湖水冬季不结冰,蒸发后在地面五六米高的空中形成雾气带,整个县城如在仙境。有的小区随意挖个排水坑,坑里水满了,外溢到公路上,地面结冰后形成交通安全隐患。


雄县地下水位也在迅速下降。自2000年后,每年地下水位下降十米左右,2008年11月,当时的雄县副县长王育新刚一上任,就遇到了“大麻烦”——许多热水井不再自喷,很多小区冬季没有取暖的地热水了。


2006年,雄县地热无序发展的状态有所好转。雄县政府国土资源局从国家开发银行贷款1000余万元,成立了专门开发地热资源的公司,并规定县城规划区域内,不再允许新增私人地热井。不过该公司很快无法跟上房地产开发的速度。


其局部零散地热供暖由于没有统计规划、布井不合理、重效益轻保护、没有进行回灌造成资源的极大浪费,使得当地地热水位呈现急剧下降趋势,到2009年7月,地热水位已经下降了近70米。


2009年8月,雄县政府和中国石化新星公司在地热开发利用上达成一致,认为地热利用要高效,需要规模化开发,采灌结合,实现地热资源可持续利用。双方签订了开发雄县地热资源开发的协议,避免了地热市场的无序竞争和资源的浪费。


在地热水供热系统上,可以分为地热水直接式供热和地热水间接式供热系统。前者是将地下水抽出的地热水直接输送到供热系统,热损失小、造价低,但是需要考虑地热水对管道的腐蚀、预防结垢等问题;后者的地热水不直接通过热用户,而是经过热交换器,将热量传递给供热管网循环水,被认为是“取热不取水”的一种方式,但由于换热量比前者低,且需要设置换热器,造价较高。


雄县地热水温度较高,在65℃-85℃之间,不少地方用上了“取热不取水”方式,做到地热尾水100%同层回灌。


在减少对地下水影响方面,如今已有井下换热技术。此技术不用将地热水抽上来,在一口深井中安装同轴套管,在外套管中注入冷水,冷水下降过程中被周边的岩石(土)加热升温流到底部形成热水,热水则通过内管回到地面,从而以“取热不取水”形式开发地热能。


经过20多年的发展,井下换热技术已经被多个西方发达国家应用于建筑供暖之中。据了解,目前中石化新星在雄安也有做井下换热的试验项目。不过,受访的业内人士均表示,井下换热技术换热量低,经济性也低,现在还没有被我国大规模推广应用。


马伟斌提醒,“取热不取水”的方式是鼓励的,但是成本会高很多,对于企业来说,在选择技术和方案的时候会考虑到经济性。他提醒:“地热资源哪里都有,主要是资源量大小的问题,要注意开采的量和储存的量,不要超开采,不然几年就可能没有了,要符合自然规律,按地热要求去开采。”


入驻雄县以来,绿源公司采包括热交换、梯级利用、智能监控及数据采集技术等,提高地热能的利用效率,避免资源浪费。


绿源公司的官网显示,经监测,雄县在绿源公司进驻后,经过两个采暖季的地热尾水回灌,雄县城区范围内的地热水水位下降趋势已开始明显趋缓,由原来的每年下降6-7米减缓到目前2-3米,回灌效果进一步显现。


雄县的地热开发利用模式被认为是国内的标志性工程,值得推广。刘金侠补充,“雄县模式”应该因地制宜的搬,复制的是模式,即统一规划、先进科学的技术、采灌均衡、城市规划和地热规划衔接等。


“不是说在雄县打1700米的井,在别的地方也打同样的深度。”


微利


目前地热取暖在初期的勘察、钻井等投资大,加上勘察有风险,让一些企业望而却步。


在2018年8月26日-8月29日召开的第十届中国国际地源热泵高层论坛会上,曹耀峰院士分享了中国工程院设立重点咨询项目“中国地热产业规划和布局战略研究”形成的最终成果。他介绍,通过对一系列燃煤替代项目开展实地调研与入户座谈,发现地热项目与其他清洁供暖方式项目相比,运行成本较低,给农户造成对经济负担小,但对企业而言,初始投资高,投资回收期长。


供暖季只有4个月,非供暖季停产检修,是地热供暖微利的其中一个原因。在刘金侠看来,在不供暖的8个月里,有利于地下水位、温度场、地下水水质等恢复。“如果一年四季都采的话,我估计这个地区(以后的)可采程度要弱一些。”


而在农村地区利用地热能供暖,也面临不少挑战。中国石化集团新星石油有限责任公司副总地质师国殿斌在“2018年能源大转型高层论坛”介绍,新星公司正在以雄县为试点,积极探索地热替代散煤治理大气污染工作。2017年,按照雄县地热代煤农村散煤替代专营权,在11个自然村实施地热代煤,完成地热供暖面积65万平米。


刘金侠坦言,农村地区建筑效果保温效果差导致同样单位面积所需的热量上升,且农户分散需要铺设较多的供热管网,使得农村地区投资回报率低。


由于地热能储存在地下,看不见也摸不着,勘查显得尤为重要。“我国地热资源的勘察程度还是不够高。这个给企业进去有一定的勘察风险。”刘金侠说,“在西藏、川西等地区打了一口空井,一千万就出去了。”


业内呼吁,在地热产业起步阶段应该要有优惠政策的扶持。“如果国家鼓励这个行业,(优惠政策)可以助于降低前端设备、材料等成本,等普及了,到最后就不要补贴了,现在前期投入比较高,利润比较薄。”马伟斌说。


地热能发电:长路漫漫


相较于风电、太阳能发电所面临的“不稳定性”难题,地热能发电具有稳定性,因此也受到青睐。


我国地热能发电始于20世纪70年代,1970年12月第1台中低温地热能发电机组在广东省丰顺县邓屋发电成功;1977年9月第1台1兆瓦高温地热能发电机组在西藏羊八井发电成功。1991年西藏羊八井地热能电站装机容量达25.18兆瓦,是我国目前惟一持续发电的地热电站。


这两年,中石化、中核等国企都在进行地热资源的勘察和评价工作。2018年9月6日,中国核电的地热发电项目——西藏尼木续迈16MW项目成功开钻,项目建成后将为当地提供年均超过8000运营小时的清洁电力,对推动当地经济社会发展、温泉旅游业建设及新能源开发利用等具有重要意义。


民营企业也开始进入地热发电领域。杭州锦江集团公司在西藏羊易投资的32MW地热电站正在紧锣密鼓的建设,四川康盛能源股份有限公司在四川康定县小热水地热田钻成的高温地热井安装了200千瓦发电机组,郑州地美特新能源科技有限公司在云南瑞丽规划建设的地热电站也在探索中推进。


不过,《报告》提到,截至2017年底,中国地热能发电装机容量为27.28兆瓦,排名世界第18位(截至目前,全球共有24个国家进行地热发电),距离《规划》提到的目标“新增地热发电装机容量500MW,其中西藏地区350MW”还有一段距离。刘金侠推测,完成《规划》中地热发电指标还是有难度。


根据《中国大陆地区大地热流数据汇编(第四版)》,藏南、滇西、川西以及东部高热流异常区,是我国地热资源勘探开发有利区。而藏南、滇西、川西等位于喜马拉雅地热带,海拔一般较高,给项目开发带来一定的难度。此外,在这些地区进行发电,需要配套建设电网。


中国能源研究会地热专业委员会专家委员会主任郑克棪在此前接受媒体采访时指出,从地热发电来看,国家要求加强高温地热资源勘探任务,积极为“十三五”和今后地热发电做准备,但这需进行地质调查、地球化学及物理勘查,然后在选定的位置钻勘探孔,钻井完钻后再做产能测试等技术,实施过程难免耗时。科技部“十二五”《中低温地热发电关键技术研究与示范》项目的成果可供利用,但还达不到产业规模。


马伟斌说,地热发电需要的投入很大,要遵循相应的规律,一步一步来。

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