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地热能开发利用迎来黄金时代

2016-11-21 10:31:03 中国石化报

11月17日~18日, 第240场中国工程科技论坛暨2016中国地热国际论坛在北京召开。就在论坛开幕前一天,北京市发布今年入冬首次空气重污染橙色预警;中央气象台也于18日继续发布霾黄色预警,华北大部分地区有中度到重度霾。苍穹之下,人们用口罩表达对绿色发展、生态文明建设的迫切希望。这就不难理解此次地热论坛的异常火爆了——20多位两院院士、17个省市政府官员、数百位国内外专家学者齐聚于此,共同研究加快推进我国地热能高效利用和可持续发展,以更好地缓解传统化石能源消耗压力、减少温室气体排放、治理雾霾。

中国工程院院士、国家地热能中心指导委员会主任曹耀峰称,经济发展新常态下,地热资源作为一种可再生清洁能源,在今后能源结构调整、应对气候变化、大气污染治理中将发挥越来越大的作用,需要给予重新认识和定位。随着地热产业发展规划纳入国家“十三五”发展规划,地热产业的前景不可限量,地热能开发利用的黄金时代即将到来。

独具优势和竞争力的可再生清洁能源

人们熟知的煤、石油、天然气等化石能源属于不可再生能源。相比较传统能源,太阳能、风能、水能、地热能等都属于可再生清洁新能源,其中地热能独具优势和竞争力。

——储量大、分布广。地热能分浅层地热能(0.2千米以内)、中深层水热型地热能(0.2~3千米)和干热岩(3~10千米)三种类型。据测算,地球内部总热量是全球煤炭储量的1.7亿倍,其中可利用量相当于近5000万亿吨标准煤,按世界年消耗190亿吨标准煤计算,能满足人类数十万年的能源需要。我国地级以上城市浅层地热能资源量折合标准煤95亿吨,年可采量折合标准煤7亿吨;中深层地热能中的中低温地热资源量折合标准煤1.25万亿吨;干热岩资源量折合标准煤860万亿吨。

——用途广泛。浅层地热能(低于25摄氏度)主要用来供暖/制冷;90摄氏度以下的中深层水热型地热能以直接利用为主,多用于采暖、干燥、工业、农林牧副渔业、医疗、旅游及人们日常生活等方面;90摄氏度以上的水热型地热资源以地热发电和综合梯级利用为主;水热型地热资源可供提取溴、碘、硼砂、钾盐、铵盐等工业原料,还可作为医疗热矿水、饮用矿泉水及生活供水的水源。

——利用效率高。新能源和可再生能源的加权平均能源利用系数是41%,而地热能利用系数最高,达到73%,是太阳能的5.4倍、风能的3.6倍。

——稳定性好。地热能不受外界因素干扰,相比水能,不受季节影响;相比风能,不受气候变化影响;相比太阳能,不受昼夜变化影响。

得益于得天独厚的禀赋,地热能的开发利用得到包括我国在内的世界大多数国家的重视。

在不少人的观念中,地热能利用就是温泉洗浴。而数据表明,2014年底,我国地热能直接利用结构中,地源热泵占到58%,地热能供暖则达到19%,首次超过温泉洗浴的18%。

目前,全球已有70多个国家实现对地热能的直接利用,而我国地热能直接利用连续多年居世界首位,是第二名美国的两倍多。据统计,2015年,我国浅层地热能供暖面积达到3.92亿平方米,中深层地热能供暖面积达到1.02亿平方米,地热能发电约1.35亿千瓦时,加上种植、养殖及洗浴等地热能利用,共替代标准煤2000万吨。

应重新认识地热能在经济新常态下的作用

虽然我国地热能开发利用水平国际领先、地热产业发展呈现可喜势头,但曹耀峰认为,应重新认识地热能在经济新常态下的作用。

第一,地热能在未来调整能源结构中的贡献突出。

数据显示,2015年我国能源消费总量为42.6亿吨标准煤,而地热能利用仅占0.5%左右。

而据测算,在能源消费结构中,地热能利用每提高1个百分点,相当于替代标准煤3750万吨,减排二氧化碳9400万吨。

根据国家能源发展“十三五”规划,我国非化石能源占比将从2015年的12%提高到2020年的15%,增加3个百分点。根据地热能开发利用“十三五”规划征求意见稿,到2020年累计达到地热供暖/制冷面积16亿平方米,加上发电、种植、养殖、洗浴等,地热能开发利用共替代标准煤7210万吨。

按照2020年能源消费总量48亿吨标准煤测算,届时地热能占比将达到1.5%,比目前的0.5%提高1个百分点。也就是说,在非化石能源今后5年的3个百分点的增幅中,地热“三分天下有其一”,说明地热能在未来能源结构调整中的贡献巨大。

第二,地热能在我国应对气候变化中的贡献突出。

200多年的工业文明实践表明,化石能源的开发利用大大提高了劳动生产率,促进了社会文明进步,但同时也带来日益严峻的环境问题和气候问题,人类社会发展遭遇“黑色困惑”。

2015年巴黎气候大会通过了《巴黎协定》,这是继1992年《联合国气候变化框架公约》、1997年《京都议定书》之后,人类历史上应对气候变化的第三个里程碑式的国际法律文本,形成2020年后的全球气候变化应对格局。

我国也做出承诺,在2030年前后碳排放总量达到峰值并争取尽早实现,2030年的碳强度比2005年下降60%~65%。

而据地热能开发利用“十三五”规划征求意见稿,到2020年地热能利用将替代标准煤7210万吨,相对应减排二氧化碳1.77亿吨,对于降低我国碳排放总量和碳强度具有重要意义。

第三,地热能在治理当前大气污染中的贡献突出。

目前,多数观点认为燃煤采暖锅炉和散煤燃烧是造成雾霾的重要原因。

根据燃煤供暖锅炉大气污染物排放标准,二氧化硫、氮氧化物和粉尘的排放标准分别为每立方米400毫克、400毫克、80毫克;而根据燃煤电厂锅炉大气污染物排放标准,二氧化硫、氮氧化物和粉尘的排放标准分别为每立方米100毫克、100毫克、30毫克。燃煤供暖锅炉二氧化硫、氮氧化物和粉尘的排放标准分别是燃煤电厂锅炉的4倍、4倍和2.5倍。

而据测算,1吨散煤直燃的污染物排放量是1吨工业燃煤经集中减排后污染物排放量的十几倍。

太阳能发电、风电等替代的是燃煤电厂排放的污染物,而地热供暖替代的则是供暖锅炉的燃煤和直燃散煤产生的污染物。因此,发展地热产业对于治理大气污染的作用更加突出。

专家们普遍认为,国家“十一五”发展规划中列入了风能、太阳能发展目标,10年来风能装机容量从2005年的126万千瓦增长到2015年的12934万千瓦,增长了103倍;太阳能光伏发电装机容量从2005年的7万千瓦增长到2015年的4318万千瓦,增长了635倍。今年,国家“十三五”发展规划中也专门编制了地热能开发利用规划,因此地热产业的发展前景不可限量,地热能开发利用的黄金时代很快就会到来。

加快推动地热能规模化开发利用

当前,世界各国都在加快推动地热能的开发利用。

国际地热协会主席亚历山大·里克特指出,地热利用对人民生活质量改进有很大的作用。以冰岛为例,芬兰、挪威、瑞典、丹麦等国每个家庭的用热成本远大于冰岛,冰岛人民感到自己花很少的钱就有充足的热能供应。利用地热供暖,对于中国经济的影响巨大。

对于我国地热资源的开发利用方向,中国科学院院士汪集暘提出:热电并举,以热为主;深浅结合,由浅及深;东西兼顾,西电东热;干湿有度,先湿后干;“一带一路”,地热先行。

热,要借鉴地热能开发利用的“雄县模式”。中国石化新星公司和河北省雄县人民政府合作,统一政策、统一管理、统一规划、统一开发,经过7年时间建成供暖面积450万平方米,雄县城区基本实现地热集中供热全覆盖,成为我国第一个“无烟城”。

电,要借鉴西藏羊八井地热发电模式。羊八井海拔4306米,地热田深200米,地热蒸汽温度高达172摄氏度。作为我国最大的地热发电站,该电站装机容量占拉萨电网总装机容量的41.5%,在冬季枯水季节,其地热发电出力占拉萨电网的60%。

浅,就是利用地源热泵开发浅层地热资源;深,就是借鉴“雄县模式”开发中深层水热型地热资源。

东,就是在东部地区借鉴“江苏南通小洋口模式”和“广东丰顺模式”,利用浅层地热能、中低温地热资源,打造分布式地热供暖/制冷系统,以解决长三角和珠三角地区冬季供暖、夏季制冷问题。西,就是在西部地区利用高温地热资源发电。

湿,即利用水热型地热资源;干,则是开发利用干热岩资源,但开发难度很大,应慎之又慎!

“一带一路”,地热先行,即借助“一带一路”国家战略,利用沿线国家和地区丰富的地热资源发展地热产业。这里面蕴含巨大的机遇。我国拥有全球最大的建筑市场,现有建筑面积超过500亿平方米,若以现有建筑面积的5%和新增建筑面积的40%采用地源热泵供热测算,供热面积可达32.5亿平方米,潜在市场规模1万亿元。

作为我国常规地热开发利用的龙头企业,中国石化新星公司近年来打造地热资源勘探、地热资源评价、地热钻井成井工艺、地热尾水回灌、地热资源梯级利用和信息化系统六大技术体系,形成京津冀、关中、豫鲁、山西、东北三省等区域发展阵地,地热供暖能力达到4000万平方米,占全国常规地热供暖的40%,年可替代标准煤116万吨、减排二氧化碳300万吨。

大力发展常规地热供暖的同时,新星公司还大力发展“地热+”,推进全产业链一体化发展。他们积极进入油田、炼化、钢铁等余热、余气、余压综合利用领域,建成河南油田下二门污水余热利用、中原油田濮三联余热+地热供暖等一批示范项目;利用江河水、湖水、水库水及海水作为热泵冷热源,建成咸阳中铁二十局医院、荆州四机厂等供暖/制冷项目。

值得一提的是,新星公司还积极发展CDM(清洁发展机制)项目,注册的咸阳CDM项目是全球首个地热供暖CDM项目,加上雄县CDM项目,CCER(中国核证自愿减排量)总量约150万吨,为进入国内自愿减排交易市场奠定了基础。

京津冀地区迎来地热产业大发展

作为雾霾频发地,京津冀地区对绿色发展的渴望更加强烈。数字显示,京津冀地区经济发达,人口密度为512人/平方千米,高于142人/平方千米的全国平均水平,化石能源消耗密度也远高于全国平均水平,加之太行山、燕山环绕,大气环流不畅,导致大范围雾霾频发。

中国石化股份公司高级副总裁王志刚在报告中指出,京津冀地区地热资源丰富,目前已知北京有10个地热田、地热资源量折合标准煤34亿吨,天津有8个地热田、地热资源量折合标准煤307亿吨,河北有30个地热田、地热资源量折合标准煤1050亿吨。

根据《支撑服务京津冀协同发展地质调查报告(2015)》,京津冀地区每年可开发利用的地热能热量折合标准煤3.43亿吨(其中浅层地热能每年可开采热量折合标准煤9200万吨,水热型地热能年可开发量折合标准煤2.5亿吨),相当于京津冀地区2014年燃煤消耗总量的94%,每年可减排二氧化碳8.18亿吨。

经过40多年的开发利用,京津冀地区地热资源开发利用技术先进、面积大、效果好,并且地热产业从供暖向梯级利用、现代高效农业、多能源集成等方向发展。

中国地质调查局浅层地温能研究与推广中心常务副主任李宁波介绍了几个典型案例。其中,北京用友软件园使用土壤源热泵+冰蓄冷+水蓄能复合热泵系统,较常规供暖方式节能30%,年替代标准煤1400吨,节约运行费用400万元。

北京奥运村再生水源热泵项目,利用附近清河污水处理厂的再生水作为冷热源,为43万平方米建筑供暖/制冷,年节约标准煤3077吨,相当于减排二氧化碳8000吨,每平方米全年耗能是现行节能建筑能耗量的1/3。该项目也为城市污水的利用拓展了新方向。

王志刚也介绍了两种复合利用模式。在河北保定博野县探索地热资源梯级利用,100摄氏度以上的水首先用来地热发电,设计装机容量5兆瓦;80~90摄氏度的发电尾水用来供热,设计供暖面积100万平方米;60~70摄氏度的水进行工业利用;40~50摄氏度的水用作生活热水;20~30摄氏度的水作为低温热泵热源,进一步利用后回灌。

在有“中国皮都”之称的河北辛集,正着力实现地热能、太阳能、生物质能等可再生能源及工业余热和常规能源的复合能源利用。此项目于2013年启动,目前已经建成300万平方米的供暖能力。

王志刚表示,上述案例表明京津冀地区地热资源丰富,开发利用技术条件成熟,商业模式可复制推广,具备大规模开发利用的条件。“十三五”期间,地热能的开发利用将在京津冀地区能源结构调整和大气污染治理方面发挥重要作用。

谈及京津冀地区地热资源开发设想,王志刚表示,“十三五”期间,北京市将新增地热供暖/制冷面积6500万平方米,其中浅层地温能供暖/制冷重点在沙河高教园、顺义林河开发区等地区;中深层地热供暖重点在大兴新机场、延庆冬奥会场馆、通州行政副中心等地区。

天津市将新增地热供暖/制冷面积6500万平方米,其中浅层地温能供暖/制冷重点在北部新区、北辰科技园等地区;中深层地热供暖重点在中心城区、东丽湖温泉旅游度假区、临港经济区等地区。

河北省将重点推进保定、石家庄、廊坊、衡水、沧州、邢台、张家口、承德地区的中深层和浅层地热能开发利用,新增地热供暖/制冷面积1.8亿平方米。

预计到2020年,京津冀地区将实现地热供暖/制冷面积4.4亿平方米,其中浅层地热能供暖/制冷面积2.28亿平方米,中深层地热供暖面积2.12亿平方米,将实现年替代标准煤1280万吨,减排二氧化碳3002万吨。

这一目标,高于“十三五”期间京津冀地区新增地热供暖/制冷面积3.1亿平方米的国家规划目标。




责任编辑: 曹吉生

标签: 地热能

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