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地热能清洁供暖的世界与中国现状及发展思考

2019-09-18 11:01:33 中国能源网   作者: 国际地热协会理事、中国能源研究会地热专委会原主任 郑克棪  

郑先生:谢谢各位。感谢分布式能源的邀请,自己已经在地热这个行业干过一段时间了,但是分布式能源还是刚参与进来,今天来和大家交流、介绍一下世界和中国地热能清洁供暖的现状,以及发展的思考。

介绍一下地热能在世界上,在美国、冰岛、瑞典,中国典型的例子,最后说一下创新发展在于联合,中国地热和分布式能源下一步怎么办。

地热供暖在世界上是稳步增长的,近20年来统计数据,世界地热供暖呈增长趋势,2015年比1995年增长了7.8倍,地热供暖在直接利用份额方面增长了,2015年地热供暖占了地热总的用热里面70.3%,2000年的时候才是34.7%,增长倍数很大。

这是世界地热供暖的发展设备容量,相当于发电装机容量的发展状况,我们地源热泵发展最快。这个是比例,最大一块比例是地源热泵,占了整个地热热利用的三分之二,红的是常规的地热供暖,这两个加起来占了85%的份额。

利用的能量。地源热泵和地热每年利用地热能,下面这块蛋糕里面最大一块黄色是地源热泵,下面红的是地热供暖,这两个加起来用能接近世界地热用能的三分之二。

几个典型的国家,美国,美国地热资源很丰富,一些城市利用地热资源很浅,100多米出来就八九十度,地热供暖早就用上了。近20年来几乎没有增长,每五年一次世界地热大会,他一次一次报告还是那么多,基本上没有增长。为什么呢?美国人喜欢过舒适的生活,他看上了地源热泵,冬天可以供暖,夏天可以制冷,还省了过去烧油的供暖和空调两套设备。地源热泵这20年来增长8.1%,地源热泵设备容量美国世界第一,年利用热能中国2005年超过了美国。这是美国的一些例子,右边的图是美国的常规地热,一家一户钻一个井,井下热交换出来供暖了。更多的是美国新建的房子,房子门口这一块空地钻几个眼,递一根管就可以供暖,冬天供暖,夏天制冷。

冰岛,冰岛的地热资源非常丰富,冰岛首都百分之百地热供暖,全部管网都是地热供暖,全国平均90%多用地热供暖,只有另外10%用电供暖,冰岛地热资源太丰富了,不需要用地源热泵,这相对来说温度比较低,他们有更丰富的地热资源。冰岛全国地热发电厂600多兆瓦,在世界上居于第九位,人均地热发电是世界第一。冰岛全国用电83%都是水电,其中17%是地热发电,他全国用电,全部是清洁能源。右上角是1930年,当时刚开始地热供暖,当时是进口油进行烧油,天然也是污染的。后来开始搞地热供暖,80毫米的管线,在首都以及首都郊区以外输送几十公里给城里供暖,在城区一个小山坡顶上建储罐,地热供暖以后冰岛首都一直是蓝天了,这是世界上第一个无烟筒城。

瑞典,瑞典温泉很少,几乎没有温泉,地热资源也很少,他用不了常规的地热,常规的水热型资源没有,打深了干热岩,一年330天供暖,唯一的依靠是地源热泵。主要发展是2000-2005年,当时发展快的是地源热泵,占到世界第二位,超过了美国,仅次于中国。瑞典年平均气温是零下2度,地源热泵在中国比较保守,说哈尔滨一年供暖180天都不给它做地源热泵,说冷热不平衡。我们跟瑞典交流,他们说330天供暖都不平衡,他们现场做了热相应测试,在冰天雪地房子里面都可以做,他跟我们和世界上不同的是,别的国家地埋管是100米,最高200米深,瑞典做到400米,他还有一个月不需要供暖,这时候太阳比较热,太阳筛点热水可以地下循环补充热量,维持一下不会出现不平衡。

中国,美国、冰岛、瑞典、中国是世界上四个用地热热能最大的四个国家。中国地热供暖包含地源热泵发展速度是世界最快的,1995年地热供暖只占全国地热利用7.1%,2015年已经占到76.9%,这和世界上比例差不多,这个发展速度更快,2015年变成世界第一。最下面是70年代北京钻成地热井,1974年开始搞地热供暖,那时候房子很简陋,还是热水通到暖气片里面供暖,到了80年代天津塘沽和冰岛合作,搞成塘沽因地制宜与创新应用—地热生物质专地热供暖,现在天津市全部地热供暖面积最大,甚至很多社区都是用的地热的能源。现在雄县都是百分之百地热供暖,还有一个地热村,北京丰台区南宫村也是地热供暖。

地源热泵40年发展曲线,在90年代的时候发展很慢,到二十一世纪以来很快地发展。改革开放四十年先是摸着石头过河,后来应用逐渐的发展,一直到最近几年变成了世界第一。2015年的时候装机容量已经是1.1万多的,年用热能也是世界第一的数字。2017年全国有四亿平方米地热供暖,这张照片是南京用的长江水源做的水源热泵,260万平方米,北京城市副中心也是2000多万平方米,都是全国最大的项目。

世界地热供暖和地源热泵利用热源比较。2000年中国还没有排第一,2016年的时候地热供暖已是世界第一,地源热泵也是世界第一。

创新发展,更在于联合,地热是好事,不见得一下子全部能接受。资源勘探有风险,成本比较高,施工要一个月时间,比较费时间。地热和其他可再生能源,太阳能可以加强合作,并且有新的进展,可以在分布式能源发挥更大的作用。十一五的时候国家支持了风能,风能扩大了670倍,十二五支持了太阳能,发展了100倍,有人问十三五热能发展多少,我人估计十倍都超不过,怎么解决可再生能源更大的发展,我考虑了一下觉得提倡技术创新,联合起来创新才是发展方向。

意大利公司在美国做了实验,这个图片里面中间两块黑的是原来地热电厂,这周围下面都是光和发电管,在地热发电48兆瓦的基础上,光伏发电的电可以通过地热的电网传出来,这是第一代。第二代的是在光伏和太阳地热发电结合起来的基础上增加了太阳能热发电,右边是增加热发电,热发电实现了和地热能互补,因为地热发电的时候如果地热蒸气排放压力越低,排放效率越高,中午的时候很热,地热排放处在最低的时候,那个时候是太阳晒最厉害的时候,太阳和地热发电进行了结合,在一个发电机两头,一头是地热的气轮机推动,另外是太阳能热发电推动,这样又增加了地热出力,又减少一套设备,成本更低了,不需要用两台发电机,两台设备。

最近看到美国的地热资源委员会报道第三代的实验,实验还在进行,还不知道新的消息。太阳能热发电是地面的,现在把太阳能散的热在地下储存,没有太阳的时候取出来用,把储能也结合进去,他的储能是高储热,中国也做过夏天储存水冬天用,这么高温储存是美国刚开始做实验。这也给我们一个启发,既然这么高温度都能储能,我们地热也好,地源热泵也可以运用储能。

太阳能光伏发电,风电,上不了网的时候可以把多余的电储存,电的储存比较复杂,烧了热水以后还是可以的。储存热水,在40度地热井里面储存过工厂的余热,50度的水,结果夏天储存冬天取出来70%可以取出来,30%取不出来,这还是有效果的,这也为我们下一步发展提供了一些创新的思路。我们羊八井也是地热发电,羊八井光伏发电最初的时候实验100千瓦,用地热电网传出来很好,后来太阳能发电变成了十个兆瓦,这都可以用地热电网传出来,这还是相当于美国实验第一代,我们还没有做更深入的发展。

世界园艺博览会,这个能源也是综合能源,钻了两眼地热井2800米度,55度水出来,这是地热供暖。地源热泵,720个管孔,各120米深。还有储能水箱,把低谷电可以储存。美国代表说你们做的这么好,真不错,从来没有见过,赞扬我们的综合储能的情况。

联合创新是有可能的,风力在没有风的时候可以发电,晚上太阳能发不了电补充太阳能发电不足。风点送不出去的时候也可以蓄热,多余太阳能也可以搞蓄热,可再生能源对我国北方清洁供暖做出更大的贡献,我们应该提倡这个产学研结合,合作攻关,学习国外的创新理念,做的更好,谢谢大家。




责任编辑: 张学坤

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