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中国地热开发成本仅为冰岛1/7,雄安将成为突破口?

2017-06-13 15:26:00 无所不能   作者: 薛晗  

雾霾重灾区华北平原,诞生了中国第一座“无烟城”——雄县。

在周边地区掰着手指数着头顶蓝天的日子,囤着最新款的空气净化器,朋友圈里热议着哪种口罩过滤PM2.5更彻底时,雄县首先对外宣告,成功实现了整个县城的“无烟”。

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根据《河北省大气污染防治强化措施实施方案(2016-2017年)》,到2017年10月底前,连同另外17个县(市、区)一起,雄县将不再消费燃煤。

雄县能源结构的清洁高效和在环保问题上的突破,首先要归功于地热资源的开发利用和规划普及。雄县的经验未来还将向雄安新区等更广的范围内推广。无所不能从雄县的地热开发经验聊起,梳理地热的经济性和推广的前景。

得天独厚的地热资源条件

1972年冬天,华北石油物探在北营村进行石油勘探时,偶然间打通了当地第一口温泉自喷井,自此,雄县开启了地热之旅。截至今年6月1日,雄县已经钻井69口,建设换热站36座,供暖能力达450万平方米,占全县域集中供暖面积的95%以上。如今,雄县已经超越地热大国冰岛的首都雷克雅未克,成为世界上人口最多全面实现地热供暖的城市。

据EarthPolicy Institute,全球距地表5公里以内蕴藏的地热资源可以产生的能量几乎达到了已探明油气储量的50000倍。中国位于“太平洋火圈”沿线,地热资源丰富,有数据显示,中国地热资源约占全球资源量的1/6。

作为全国第七个获批的温泉之乡,雄县的地热资源优势得天独厚,属于华北地区地热资源条件最优越的牛驼镇地热田。雄县的基岩热储面积约为320平方公里,占了整个地热田面积的一半,县域面积的61%。具有分布广、储量大、埋藏浅、水温高、水质优的特点,便于开发利用。

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图:河北地热资源分布情况

图片来源:河北青年报,制图:赵涛

雄县成功开创了地热资源开发“政企合作”的“雄县模式”。

2009年8月,保定市雄县人民政府与中国石化集团新星石油公司(以下简称:“新星石油”)签订战略合作协议,合作开发地热资源。作为新星石油子公司,中石化绿源地热能开发有限公司(以下简称:“绿源公司”)负责了雄县的地热开发工作。绿源公司由新星石油和极地绿色能源集团(ArcticGreen)在2006年共同出资成立,股比51:49,主要从事地热产业化开发、节能技术服务以及温室气体减排业务。

在雄县的地热开发中,冰岛的经验功不可没。包括绿源公司技术总监孙彩霞在内的业界技术骨干,都曾在冰岛学习过。

与冰岛经验的完美结合

冰岛是高纬度的北欧国家,位于北美和亚欧板块的边界地带,两个板块以每年2cm的速度移动,交界线从西南向东北贯穿全岛。特殊的地质构造和活跃的地壳活动为冰岛带来了丰富的地热资源。

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图片来源:《Renewable Energy Systems on aGeothermal Platform》

作者:Gueni A. Jóhannesson

1940年以前,对燃煤供热的过度依赖导致冰岛的雾霾问题十分严峻。在短暂地转向进口石油供热后,冰岛着手大规模地推进地热供热项目。截至2015年,据冰岛能源局数据,该国的地热供热比重已经达到96%,全面覆盖了居民、商业、工业、农业和渔业,环境问题得到改善的同时,供热价格也显著下降。

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人均年用电量全球最高,约合5万千瓦时,是中国的15倍左右。目前冰岛的电源结构中,地热接近30%,73.3%来自水电,而风电仅为0.1%,化石燃料几乎为0。

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因为水电发电量不稳定,未来资源可能呈现下降趋势,地热作为稳定的电源,得到了政府大规模开发的支持。未来比重将进一步上升。冰岛能源局局长Gundi A Jóhannesso预测,从目前到2060年,冰岛新增地热发电量将达到3000亿千瓦时/年。到2060年,冰岛可再生能源累计贡献二氧化碳减排量将高达15亿吨。

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地热拯救了冰岛的环境,也振兴了冰岛的经济。

2008年欧洲经济危机前,冰岛一度面临破产窘境,人均亏空高达45万美金。2008年以后,随着地热发电的迅速增长,冰岛电价水平迅速下降,吸引了全球的电解铝产业,推动了经济发展。金融危机过后,据世界银行公布数据,冰岛的GDP由2009年的128.9亿美元迅速攀升至2015年的167.8亿美元。目前,冰岛国内76.4%的电力生产用于工业,约合144亿千瓦时。

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数据来源:世界银行

图:冰岛国民生产总值GDP(1960-2015)

冰岛的地热开发极具经济性。冰岛能源局局长Gundi将冰岛和同为高纬度北欧城市的丹麦首都哥本哈根的供热价格“汉堡包指数”相对比,在冰岛对100平方米面积的住房供热每月该指数仅为8,而哥本哈根则高达50。

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目前,尽管浅层地热资源丰富,冰岛又重新回到了新技术的探索上,致力于开发“超临界”地热资源,提高单井出率至现有常规单井水平的5-10倍,届时,平均单井出率可达50MW。由于流体达到“超临界”态需要足够的压力和温度,和岩浆距离近,流体成分复杂,呈强酸性腐蚀性强,从研究到商业发电将会面临一个新的10到20年的学习阶段。今年2月,冰岛在深钻方面取得了突破性进展,成功钻井深度超过4.6km。

中科院专家庞中和表示:“中国和冰岛的地热条件不同,需要结合实际国情,因地制宜。冰岛的发展理念超前,值得借鉴。”

雄县地热开发具推广经济性

入驻雄县以来,绿源公司采取了一系列先进技术,包括梯级利用、热交换、智能监控及数据采集技术等,提高了地热能的利用效率,避免了资源浪费。

在地热资源的可持续利用和环境效应方面,雄县本着“取热不取水”的开发理念,通过热交换技术将换完热的地热尾水在密闭状态下通过回灌管线回注到1500米的地下,实现了100%完全同层回灌和产业的良性发展。如今,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。

对比“师父”冰岛,因地制宜的雄县地热开发更具经济性。

据绿源公司技术总监孙彩霞透露,“雄县打一口地热井,钻井深度1000-2000米,成本需要200多万人民币/MW”。而冰岛的钻井成本则高达200多万美金/MW,是中国的7倍左右。

因为资源好、未上热泵,雄县投资的成本目前为100元/平方米左右,加之运行成本逐年降低,16元/平方米的热价核算下来还有微利。据孙彩霞估算,在中国,无补贴的情况下实现盈亏平衡,若采用ORC双工质技术,需要地热温度达到100摄氏度以上;若采用闪蒸技术,则需要地热温度达到150摄氏度以上。

在全面实现地热供热后,雄县的热价相应下降,目前仅为16元/平方米,全国最低。而同属雄安新区的容城,由于需要应用热泵,热价较雄县略高,为22元/平方米。

地热的开发从雄县推进到了整个雄安新区。

在中深层地热资源方面,雄安新区有牛驼镇地热田、容城地热田,位于高阳地热田北部。在浅层地热资源方面,雄安新区位于冀中平原,第四系全面覆盖,利于开发,可采用地源热泵系统实现冬季供暖夏季制冷。整个雄安新区的可利用浅层地热能储量大约相当于3400万吨标准煤,在替代燃煤供热的同时可减少1600万吨的污染物排放。

2011年,绿源公司与容城政府签署地热开发合作协议。截至2016年底,绿源公司在雄安新区范围内签约供暖面积达683.4万平方米,钻井98眼,建成换热站45座,铺设地热管网110公里,实现供暖面积430万平方米。

在雄安新区的整体规划中,在统一对中深层和浅层地热能进行布局的同时,“地热+多种清洁能源”的多能互补结构也融入了未来新区的整体规划。面对巨大的市场机遇和美好前景,绿源公司财务总监赵鑫表示,为了扩大业务,未来公司会有增资的计划。




责任编辑: 李颖

标签: 新能源 地热 开发成本 冰岛 雄安

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