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"碳中和"风口下,地热发展需要冷思考

2021-06-08 08:05:41 地热加   作者: 郑克棪  

近日,接受《中国地热》记者采访的多位业内人士表示,我国地热能已由过去的‘微不足道’变为现如今的‘举足轻重’,而伴随着“碳达峰碳中和”进程的推进,以地热能为代表的可再生能源已逐渐走到舞台中央。

破立之间,挑战与机遇并存。地热能产业迎来新一轮发展机遇期,我们应当有一些“冷思考”。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2021年4月《中国地热》杂志上发表了一篇题为《改革创新 积极备战 共赢中国地热美好前景》的文章。该文章开篇指出,地热能同其他可再生能相比,虽然重视程度还不够,但要想实现碳达峰碳中和的目标,地热能不可或缺。

展望未来,中国地热发展前景无限美好,但美好的前景不会送上门,总结过去才能明白当下。文章围绕“地热改革”和“地热创新”两大维度,做了思考和总结。

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改革创新 积极备战 共赢中国地热美好前景

为实现我国2030碳达峰和2060碳中和的宏伟目标,又正值“十四五”规划开局之年,全国地热人都十分关心我国地热行业的发展态势和前景,而且2023年世界地热大会要在中国举行,现也在等待着中国地热的佳音。

1.前景肯定可以美好

碳达峰和碳中和的目标要把碳降下来,只能靠可再生能源,别无它法。但是,大多数可再生能源的间歇性和波动性限制了其担当主流的能力。虽然地热能现在被重视还不够,但要想实现30/60目标没有地热能是不成的。

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图1 各种可再生能源的利用系数比较

为了解决太阳能和风能的间歇性和波动性,储能产业近年来大发展,但是路途遥远,问题并非容易解决。4月16日北京南四环(首都核心区边界)发生储能电站施工调试中火灾和爆炸,15个消防站、47辆消防车、235名指战员到场,经11小时23分钟才将明火扑灭。

碳达峰和碳中和最终要依靠地热能发电,才能保障电网的稳定性。丹麦、挪威在世界地热界从来排不上号,但为了碳达峰和碳中和已经制订了开发地热的规划。所以,中国地热到时候终究要被请上来,中国地热的前景肯定可以美好。

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图2 各种能源二氧化碳排放量的对比

2.美好前景不会送上门

但是美好前景绝不会白送上门。最近有些重大新闻:2020年12月:自然资源部将从四方面支持地热产业发展(摸清家底,编制规划,矿业权出让,技术支撑)。“十二五”、“十三五”已投入了10多亿元,不能永远停留在“摸清家底”,怎么能再跨出实质性有效的一步?

2021年3月全国两会:好几个代表和委员有关地热的提案。届时转相关部门后一纸答复:提案已办。但不可能从相关立法上解决问题。

2021年3月全国人大审议《十四五规划和2035年远景目标纲要(草案)》:清洁能源基地是水电/风光/多能互补。地热能是因地制宜开发利用,力度不够。

2021年4月国家能源局发布《促进地热能开发利用的若干意见(征求意见稿)》。业内人士提出职能交叉顽疾仍待解。

2021年4月国家能源局发布《2021年能源工作指导意见》指出:研究启动在西藏等地的地热发电示范工程。如果没有政策,无从“示范”,谁会冲上去跟着赔本?

总之,中国地热人盼望有具体的政策实施,光靠说不能解决问题。

3.总结过去才能明白当下

“十三五”刚结束,结果如何,成功的经验推广;失败的教训要找出原因解决。不解决则问题永远存在,下一步仍绕不过去。

“十三五”地热规划地热发电新增500MW目标,仅完成了18.08MW,即3.6%。我在2020中国地热大会的地热发电前景研讨会上讲了,记者采访后报导了,笔者在《中外能源》期刊上发表了论文,分析问题的症结在于:没有执行可再生能源上网电价补贴政策;又被征收地热资源税。所以在地热发电企业赔本经营的现状下,再谈发展等于是让傻瓜去做赔本买卖,我当时就说羊易地热发电之后不会有第二家跟上了。事实就是这样,曾有大型国企当初自报完成200MW,结果1W未搞;还有大国企已签约羊八井地热电站改建,做了个方案后现未再往前。明摆着这样的现实,你能期望“十四五”地热发电将是什么目标?什么结果?

土耳其、印度尼西亚颁布地热法,不再将地热开发活动归于矿业开发范畴,地热就得到了解放,土耳其15年间从世界地热发电第16位猛窜到第4位,印度尼西亚从第3位升到第2位。这是我们可以学习的榜样。

所以,总结过去才能明白当下,才能看清问题所在。如果不解决现有问题,就别想再前进一步,所谓“带动2000亿元投资”只能是一句空话。

4.共赢中国地热美好前景需要改革创新

当前中国提出的“2030年碳达峰,2060年碳中和”目标给了中国地热新的鼓舞,但共赢中国地热美好前景需要改革创新。没有改革,没有创新,就不会有中国地热美好前景。

(1)地热改革

要最终实现碳中和,等到太阳能+风能+储能还解决不了间歇性和波动性的时候再想起地热,那就太晚了,那30/60目标就会落空了。我们必须现在行动起来,才有希望。

需要改什么?

2015-2018年东盟地热合作研究项目《东亚常规和新型地热资源可持续利用的必要创新及其收益评价》,中国、日本、韩国、印度尼西亚、菲律宾、泰国、马来西亚、越南各自分析了包括政策、社会、立法、财政和技术诸方面的障碍,收集问卷调查统计百分比。中国最大障碍在政策和立法;日本曾是国家公园保护限制了开发,因福岛核电站事故后有放松,现私人温泉主不同意开发怕妨碍他们温泉洗浴;印尼解决了政策立法,但和其它小国一样是财政和技术问题。

阻碍中国地热发展的症结是多头管理,各说各有利,没有统一意志,不能形成共识。多头管理,谁都管,谁都不管,你管我掐,不是从整体出发,怎么能形成合力?

自然资源部是矿产资源主管部门,包括地热资源,主管资源勘探,然而又不让搞开发(以前石油部、煤炭部自探自采),只发采矿证让人开发。

国家能源局说地热是能源,归我管,但能源局既不投经费,又对可再生能源补贴也无权决定(要发改委)。

水利部说地热是水,归我管,自然资源部实施探矿证和采矿证,我不给你采水许可证就不准你开采。

生态环保说地热弃水产生污染,我不让你用,本来这靠回灌就能解决问题,但环保不会回灌(今年中央环保督察给国家能源局反馈意见:重污区煤电装机仍在增加,有矿区总规未办环评,有产能大于环评批复,这些排污量远远大于河北省关停千余地热井)。

税务部门说全国人大已通过和发布了资源税法,我得照章收地热税,请问世界上哪个国家征收可再生能源税了?

需要怎么改?

如何改变乱相?如果有《地热法》,就全部解决了。国外就有成功典范。

土耳其曾和中国一样,从70年代初到2004年地热发电20MW踏步不前,但2005至2020年持续15年内平均年累进增长率33.5%,地热发电1688MW跃增84倍,登上世界第四。其经验就是2条:一是2005年世界地热大会在土耳其召开,议会和政府熟悉了地热,认识到开发土耳其本土地热资源的重要意义;二是紧接着就议会给地热立法,给予开发者政策优惠,上网电价补贴。

世界十强第二名的印度尼西亚近15年内增长了2.68倍,也是国家立法的功劳。印尼2014年发布《地热法》不再将地热开发活动归于矿业开发范畴,对地热电站电价机制做出详细规定,将地热开发项目招投标权收归中央政府,财政部拨款2.1亿美元支持地热项目勘探及研究论证。

丹麦和挪威目前尚无地热发电都已规划了开发地热实现碳中和,我们不应该拿出真姿态吗。

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图3 美国波依西井下换热器家庭供暖

(2)地热创新

国外推广地热开发的阻力有一项社会公众接受度,比如土著人说地热是神灵不准动,也有地主说温泉在我地里不准你开发了地热而影响我洗浴。中国为了地热有一些“聪明人”委曲求全,反而误入歧途,最典型的是回灌和“取热不取水”。

国内的领导艺术很欣赏“模式”,为回灌就创建了一整套模式:自然均衡模式、诱导补给模式、有限消耗模式、采灌结合模式、以灌定产模式。这是准备给各种模式的示范单位颁发奖牌吗?河北省为什么被迫关停1000多眼地热井,因为有开发商没做回灌,地热主管部门应该及早管理,促成回灌,没有必要给授予各种模式,看似花哨,对技术水平和管理水平没有积极作用。再则参看国际研究,我们的原水回灌、同层回灌是否真有意义,不必要的约束不是创新,反而是枷锁。

为了不回灌,就创造了“取热不取水”,似乎是“中国发明”,“世界第一”。实际这并非什么“创新”,国外40多年前就有,叫Downhole Heat Exchanger (DHE)井下换热器,美国爱达荷州波伊西市各家独栋花园住房200-300平方米,一家一个,冬季供暖(如图3)。那里钻100米井,80C,地热条件适宜,应用面积不大,不成问题。

我们现在钻2000米70C的条件,要推广几十万平方米,认为是先进,是创新,要大片推广。但现对“取热不取水”有研究其单井产能仅为260-280kW,还有许多到不了70C井的情况当然更不理想。

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图4 热传导与热对流的对比

现在“取热不取水”的实际应用,是组合技术用了热泵、再加储热箱才能满足供暖需求,成本效益是比不上对流回灌的。

读懂创新,不要闹学术乌龙。热传导和热对流,实际是个基本概念认识问题,用对流、搞回灌?还是不回灌、用传导?可以做个技术和经济可行性对比,事实上对流比传导的热功率强十倍!如图4热传导是一个恒量,而热对流随着渗透性的增大呈几何级数增大。

北京1974年钻成地热井1299m深,出水56.5C,水量1341.6m3每昼夜,用到35C热功率1398kW,供暖28000m2,这样抽水利用的是热对流。

唐山2020年3000m井底119C,利用重力热管,地面最高90C饱和水蒸汽,热功率近200kW。这是取的热传导热,井深了2.3倍,温度高了2.1倍,但取热功率却只有上例对流井的七分之一。

2023年世界地热大会将在中国举行,我们应该尽快把拿不出手的东西解决掉,充分展示优惠的政策支持、先进的技术理论和杰出的应用成果,依靠这些改革创新成就把中国地热的世界第一推向更高峰。

-END-

注:《改革创新 积极备战 共赢中国地热美好前景》原文刊登于2021年4月《中国地热》。

作者简介:郑克棪,1941年生于江苏苏州。教授级高级工程师。国际地热协会(IGA)第6、7届理事。1962年毕业于南京大学地质系,1981年赴新西兰奥克兰大学地热学院进修,从地热能源技术专业毕业。数十年来从事水文地质和地热工作,1970年后主要从事地热勘查和研究,主持北京城区地热田勘探报告获得地质矿产部找矿二等奖,北京城区地热的开发研究报告获地质矿产部科技二等奖。曾援助西藏羊八井地热勘查及发电。1994-2001年被联合国经济和社会事务部(UNDESA)聘为联合国咨询专家。在国际地热界有一定声望,多次受国际组织资助赴国外参加国际地热大会,2005年、2010年、2015年在世界地热大会代表中国作国家报告。




责任编辑: 李颖

标签: "碳中和" 地热发展

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