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何继江:地热与冰岛能源转型的启示

2017-08-18 14:38:41 5e

清华大学能源互联网创新研究院政策发展研究室主任 何继江

大家好!非常高兴向大家汇报一下关于冰岛方面的情况,我本人其实不是研究地热的专家,但是4月份,雄安新区新区刚刚发布之后,4月下旬,我就去冰岛考察,待了大概一个星期,所以这次我把冰岛考察的情况向各位领导做一个汇报。

我们国家现在搞能源革命,有几个阶段性的目标,2020年非化石能源占到15%,2030年占到20%,2050年占到50%。按照巴黎协定的说法,长期目标在本世纪下半叶要实现温室气体的净零排放,化石能源的规模化利用基本上不太可能了,我们国家也需要在本世纪下半叶达到这样的状况。

冰岛这个国家,在全世界的国家当中能源体系非常特别,它的可再生能源占到了85%,大概是我查到的国家当中的比例是最高的。这个国家非常明确的提出到2050年完全摆脱对化石能源的依赖。这个国家,在大西洋的中间,是一个岛国,10万平方公里,人口只有30几万,降水量非常丰富,因为他是一个海洋气候。同时它是亚欧板块和美洲板块之间的交界点上冒出来的一个火山。正好是地质交界,从中间一穿而过,所以火山非常的活跃,火山活跃带来的情况,冰川的溶化带来了非常丰富的水利资源。

这个国家,也不是以前不搞化石能源的,19世纪开始,从欧洲大陆买煤,从英国买煤,要供暖,要工业使用。一战买不到煤,二战又经历折腾的过程,他们开始大规模的开发岛上的自己的资源,叫做地热和水电。到了1973年的石油机对冰岛也是非常大的影响,他们要追求能源安全,追求能源独立,所以大规模的发展本地的可再生能源,地热和水电。他们的发电量总共是188亿KW时,其中26%来自地热,73%来自于水电,现在的风电大概占到0.1%,火电117KW的火电,实际上基本上没发电,算比例几乎是0的比例。他们的风资源很好,只是因为水电和地热已经太多太便宜了,所以他没有强烈的愿望要大规模发展风电,其实资源很丰富。而且他30多万的人口,人均5万多度电,用电量非常多,70%多用于工业,他把全国的电解铝招商引资去了好多,在冰岛做工业,它的电价基本上2毛钱一度电的水平,非常有竞争力。

它的供热的情况是这样的,现在整个冰岛的供热90%来自于地热,9%来自电力,也就是用热泵或者电泵的方法,1%是孤零零的别墅用石油在供暖,这个比例也是全世界最高的。它的动力最主要是经济性和它的能源安全的问题,当然雾霾也是一个因素。我们在冰岛查到的资料,三四十年代的时候,那么小的冰岛,这么小的城市也有雾霾,烧煤烧的。

它的热主要是这些方面,最大头是给建筑供暖,给房屋取暖,有居民的住宅,有商业的建筑。另外还有7.7%是给游泳池用的,7.1%是做烘干用的,还有工业和温室大棚,在全国占到2.4%。冰岛大量的足球场都是地热供暖的,冰岛足球踢的好与地热有关。他们的大礼堂,街道上也铺的地热,这样可以把雪熔化了。

刚才说到Lagoo的地热水以前直接排到火山岩里面的,后面考虑各种各样的因素,也开始回灌,很大的因素是中国,它的水资源非常丰富,他们以前不研究回灌问题,他们跟雄县合作了之后,发现不回灌这个事情很麻烦,于是在中国的提出下产生了回灌的问题,我们也去考察,他们说他们也在研究回灌,但是在冰岛内部的情况下回灌的要求不是很苛刻,但是在中国不一样,不回灌的话实在是不行。

冰岛它的情况相对比较简单,以地热为主,在北欧这个国家,地热没有资源那么丰富的,他们那儿做的更多一点,也在考虑未来的供热期当中没有化石能源,以工业余热这是必须利用的,其它的把光伏、地热利用起来,建立新的能源体系。

冰岛虽然自己用的地热,但是他也从丹麦,挪威这些国家有很多的借鉴,其中很重要的因素第四代区域供热,最重要的特征,供热的温度比较低,不是用高温蒸汽的方法供热,而是越来越多的地区采用这种比如说70度净水,60度净水,甚至50度更低的净水的温度,回水温度二三十度这样的方法来做,丹麦也是这个方向努力,冰岛也是这个方向努力。我们在冰岛住的地方,无论住宿的地方,还是各种单位,看到的都是丹麦的丹福思,所以他们跟丹麦这边的供热体系的思路是比较一致的。冰岛虽然有丰富的地热资源,但是他们对低温供热下了很大的功夫,回水温度可以低至50到25度,低温型供暖可降低管网中的热损失,把资源量放大了,又可以提高热泵的效率,放大了热泵的作用。

在丹麦,我们可以看出来更复杂的供热体系的情况,它的区域供热大体上相当于中国的集中供热,一个煤炭很快被淘汰,第二天然气逐步淘汰,垃圾是第一大供热来源,太阳能是第二大供热来源,生物质热电联产非常重要,地热也在增加,丹麦以前怎么搞地热,现在他们也在发展地热资源,这里面会占到很大的一块,另外是大型的热泵,这是丹麦的情况。

把电热组合在一起,在北欧地区,出现这样的想法,叫未来的智慧能源系统,也是清华所谓的能源互联网跟这个有关系,资源都是来自于可再生能源,用途满足于交通、电、热和冷,以前这三个系统是分开的,现在智慧能源系统要把它整合在一起,电可以直接用于电,也可以用于交通,也可以用于供热,因为电是里面的一个枢纽。因为电可以制染料,变成电解水制氢,制甲烷。冰岛的情况在这里面属于最简单的因为在丹麦风电多,它就是波动性的,德国的光伏比较多,它也是波动性的,冰岛的地热发电和水电都是比较稳定的,所以它这个系统当中的稳定性的问题相对比较简单。但是比较简单的冰岛的能源系统给我们带来了一个比较容易分歧的地方,德国的光伏系统比较复杂,这是我们以后从简单到复杂的系统,慢慢慢慢的扩展的。

还有一些补充的信息,第一个地热本身是可再生能源,但是地热是有碳排放量的,以前我也不知道,这次去了冰岛,把人家地热公司的年报相关资料拿出来一看,发现地热也是有碳排放的,你虽然是可再生能源,但是碳排放的问题还是要考虑。

几个案例,一个这个工厂,1976年建的,做发电,现在它的装机量是76.4KW,

第二个是用来供热,它的供热能力达到了200KWT的热产量。

第三尾水,原来是随便排的,现在变成Lagoon,最著名的温泉。

第四个,地热电厂,伴随二氧化碳,为了减排,他们考虑碳补给,现在他们用二氧化碳做甲醇。水电和地热都很便宜,电解水制氢,氢和二氧化碳作用,就生成了甲烷或者甲醇,他们现在大概算是国际上规模最大的绿色甲醇的工厂,现在产能4千吨,现在还在中式规模的甲醇的工厂。这个工厂跟我们中国有关系,李书福把他收购了,他要做甲醇汽车,把它收购了,这个公司叫做CRI。它用于交通。用于交通,因为在冰岛和在欧洲国家,对汽车是收燃油税的,非常高的燃油税,绿色甲醇就不用收燃油税了,他虽然没有从碳市场上得到额外的收益,因为燃油税的问题,它得到了一定的补偿。所以感觉上还是有发展的空间。

这是他们提供的数据,他们的甲醇的碳排放量非常的低,如果是汽油和柴油到84%,他们几乎是1%的水平。那个工厂,李书福收购了,所以他在国内老推荐甲醇汽车,与这个事情是有一定的关系的,这个技术路线还是值得关注的。地热工厂,他们也做了充电桩,有两处,一处是外面的充电桩,一处是园子里面,给他员工用的,已经形成一定的规模,他不单只是做发电的事情。

第二个案例是我们去考察的一个温室大棚,离首都大概90公里,这个地方建设的大棚是用地热来供暖的,生产西红柿。它的各种各样的热水管,智能的管理温度。而且它的灯光也是特制的,灯光是24小时开的,到了晚上也开着,西红柿在那儿猛长,不睡觉。产量就变得很高。另外地热水产生的过程中会有二氧化碳,二氧化碳收集起来,提纯灌到温室里面,二氧化碳高了以后,有利于温室大棚作物的生长,所以温度、电、二氧化碳又综合利用了。

过去十几年大棚的生产率大幅度提高,2010年的时候温室大棚的规模有所下降,原因生产力提高了,不需要那么多的产量,他们西红柿的自给率达到90%以上,西芹约80%,西红柿超过70%。

我们国家好像曾经移植冰岛的模式,搞了一个同样的工厂,地热大棚,结果发现不一样,因为这个大棚他们夏天是没事的,因为他们那儿很凉快,到了上海夏天热的要死,太阳一晒温度很高,植物在里面很难生长,都热晕了,这些东西不能简单的照搬,一定要重新考虑应用情景。

他们还有一个技术,也是最新东西,他把二氧化碳和硫化氢,地热产生的硫化氢,硫化氢选择了合适的地层回灌到地下去,发现它不光是一个回灌的状态,而是跟地层发生了化学作用,固化了,变成岩石,成为岩石的一部分,固化的效果比原先的还好,这个事挺有意思,这是一个重要的科学的关注的事儿。

还有一个事情冰岛的深钻计划,虽然他们的地热都已经用不完了,但是他们还是不断的向科学的前沿进军,搞深钻计划,之前失败过一次,钻着钻着,钻到一个岩浆的背上,就钻不下去了,烧坏了。今年钻成了,他们当时的目标是要钻深达到四五千米,研究超临界含水液体,也就是400到600度液体的规律。今年年初的时候,钻成了,钻到4659米的地方,钻出了427度的水,据冰岛的能源局的局长介绍,这样单井发电能力达到50KW,4月份能源局给我们做了介绍,6月份请他到清华大学做了演讲。因为我们也研究一下地热在中国的情况。

最后几个思考,第一个,通过考察冰岛我们感觉到100%可再生能源前景是可期的,他们的零碳理念、环保意识和创新意识给我们非常大的启发。一个30多万的人口,也就是天通苑这么大的地方,人家在地热,在很多的领域走到了世界的最前沿,这种创新的能力和决心,这是值得我们钦佩和学习的。

还有一个感慨,科技决定能源的未来,科技创造未来的能源,他们在地热供暖、地热发电、区域供热、甲醇汽车、碳捕集和深层钻井这方面做了大量的前沿的科学探索,这的是值得我们学习的。

还有几个想法,第一个地热在中国部分地区可以成为主体供热能源,第二个,中国需要在地热方面做持续的技术研发,探索地热平台上可再生能源系统,比如雄安非常具有条件来探索这样的事,怎么成为一个地热的综合示范区。

第三个是有人问,你们冰岛有这么好的水电,这么好的地热,你们为啥还要去搞那么多的深钻计划,新花样,甲醇汽车,说汽车问题怎么解决?他们在2008年准备搞氢原料电池汽车,我问他们你们进展如何了?他说这个事情你要是不问我,我都忘记了,因为这个太贵没整成,没整成以后几乎放弃做这个,现在他们跟中国合作,现在全世界电动汽车中国的量最大,但是就销售国家销售的比例,挪威第一,去年29%,然后是冰岛和荷兰,大概是26%。我有一个感慨,冰岛只有30万人口的小国,你指望人家把电动汽车解决,太苛刻了,应该我们大国承担,在全球的能源转型的过程当中承担研发者和引领者的角色。

最后能源转型和产业转型可以同步进行的,冰岛人家解决了自己的问题,同时为世界做了贡献,中国解决了自己的问题,再为全世界做贡献,做“一带一路”,这就是可以协同的事情,首先我们一定要有信心,有决心解决我们自己的能源转型的问题。




责任编辑: 吴昊

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