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冷思考 | 水热型地热,未来将走向何方?

2021-09-29 08:50:43 地热能资讯

近期,多地开始部署冬季清洁供暖准备工作。河北衡水、山西运城等地召开关停地热井热源替代工作调度会,要求“依法全面取缔地热井,坚决关停、不留死角”“对已完成关停的地热井开展‘回头看’,防止已关停地热井死灰复燃,杜绝新的违法打井取热行为”,这令不少地热企业陷入困境。我国水热型地热未来发展之路在何方?如何推动地热能更大规模和更高质量开发利用?为此,《中国地热》记者采访了业内多位专家及地热从业者。

地热能技术应用重在“因地制宜”

地热能是一种储量丰富、分布较广、稳定可靠的可再生能源。近年来,地热能开发应用在政府及市场的双重力量推动下得到了快速发展。截至2020年底,我国地热供暖面积接近14亿平方米,继续保持世界第一。业内专家认为,“因地制宜”是我国地热能开发利用取得最成功的经验之一。

“因地制宜开发利用地热能。”这是2021年4月国家能源局发布的《关于促进地热能开发利用的若干意见(征求意见稿)》(下称“征求意见稿”)对地热能发展基调作出的表述。

《中国地热》记者梳理近期国家发布的关于支持地热行业发展政策,“因地制宜”成为热词。今年年初,国家能源局发布《关于因地制宜做好可再生能源供暖工作的通知》提出,“因地制宜推广各类可再生能源供暖技术。”新华社受权于2021年3月12日全文刊发《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》指出,“因地制宜开发利用地热能。”

地热资源的分布受地质条件约束控制,有温度高低,热水中矿物质含量有多寡,都会影响地热可利用的方式。如何理解“因地制宜”?中国地热产业工作委员会专家委员会主任郑克棪在接受《中国地热》记者采访时表示,因地制宜就是根据当地地热资源的具体情况,采用不同的开发利用方式。他举例说,比如高温地热可以发电;发电后温度降低可以用来供暖;温度低了可以采用热泵提高其温度。热水矿物质少的可直接送入管线供暖;但矿物质多有腐蚀和结垢问题,要用热交换器换热后再输送。

郑克棪表示,可再生能源最佳供暖方案要做技术和经济可行性分析,对于作为可再生能源的地热供暖也如此。如果地热资源条件好的地区,选择效率高且又经济环保的地热供暖方式最适宜,但若地热条件不好,不适宜钻地热井,则选择其他供暖方式。空气源热泵的效率比地源热泵低,但空气源热泵便于安装施工,在偏南方地区可以选用空气源热泵。而在严寒的北方地区,空气源热泵效率较低,用电成本偏高,宜优先考虑地源热泵。放眼全球,外国在计划做地热利用之前,会对其开发的可行性做出评价,综合比较几种方案,选择最适宜的方式。

也有业内专家表示,地热能在强调因地制宜的同时,更应当追求创新发展。“要想获取适用于某一热用户需求的最优设计,不仅要了解普适的共性规律,更应关注个性部分,只有做到真正的‘量体裁衣’才能获得地热利用的技术经济优化设计,才具有市场竞争力,地热发展也才具有真正的生命力。”业内专家说。

强化地热资源监督管理将成常态

近年来,一些企业和个人在经济利益驱使下,未经政府部门批准擅自开凿地热井,或以开采地下水为名开凿地热井,无证开采地热资源,严重影响正常的地热开发秩序,各地政府加大对地热违法事件的查处力度。

2021年8月13日,河北衡水召开关停地热井热源替代工作调度会,要求对已关停的地热井开展“回头看”,杜绝新的违法打井取热行为。据记者了解,此次衡水市开展已关停地热井“回头看”行动,源于去年全市实施的大规模违规地热井关停任务。

近期,山西运城在地热井管理专项整治行动中,要求“依法全面取缔地热井,坚决关停、不留死角。统筹推进集中供热替代工程。”据《中国地热》记者调查了解,运城中心城区绝大多数的地热井只抽不回灌,使用单位为节约成本,大多数地热井没有回灌措施。

国家能源局能源行业地热能专业标准化技术委员会首席专家赵丰年分析指出,目前部分地热能企业没有按照标准和政策规范开发,水热型地热能项目没有实现科学回灌,从而出现了外排地热水造成地表环境污染、深层地热水水位持续下降及地热资源的枯竭问题;部分浅层地热能及地下水源热泵项目主要因工程质量控制不合格,导致没有达到节约能源的效果。

上述违规违法地热井导致的问题已经引起了国家层面的重视。《关于因地制宜做好可再生能源供暖工作的通知》着重提出,在地下水饮用水水源地及其保护区范围内,禁止以保护的目标含水层作为热泵水源。在地下水禁限采区、深层(承压)含水层以及地热水无法有效回灌的地区或对应含水层,禁止以地下水作为热泵水源。

“没办法回灌的地热井,确实对环境影响很大,一方面地下热储水位持续下降,还可能诱发地面沉降,一方面没有回灌热水对地表植被生态也造成一定损害。”一位业内人士向记者坦言,以前地热开发乱象很多,现在开始整治并非一朝一夕就可完成。

因地制宜可以说是地热利用的基本原则。上述受访人士坦言,“有些地方地质条件不太好,确实不适合经济的回灌,目前关停也是合理的。”这位业内人士建言,“今后地热能开发项目要从前期就规划好,坚持规划先行。”

也有业内专家在接受《中国地热》采访时表示,地热产业发展要确保先进性和竞争力,寄希望于投机取巧的短视行为肯定没有市场。取缔关停问题井和不回灌井对于地热产业今后可持续发展来讲是好事情。“这等于提出了新要求,树立了新标准。”

征求意见稿提出,到2025年,各地基本建立起完善规范的地热能开发利用管理流程,全国地热能开发利用信息统计和监测体系基本完善。业内人士表示,建立地热执法监察长效机制,规范地热水开采行为,使地热资源得到科学合理利用,这对促进地热能高质量发展尤为重要。

多措并举加大地热回灌保护力度

长期抽取地下热水而不全部回灌,对地热水资源造成破坏,同时地热尾水排放也容易造成环境污染。针对这些问题,各地政府均陆续加强规范抽采地热水管理,加大地热回灌保护力度。与此同时,相关企事业单位加强地热技术研发创新,探路行业发展。

天津市地热回灌注重做好“开源节流”大文章。天津实施“回灌系统整合”“补建回灌井”等地热资源管理保护措施,新建地热项目必须实现回灌式开发;历史遗留地热单井限期补建回灌井、全部回灌。同时,积极推行利用地表水补充回灌技术。东丽区东丽湖在成功利用湖水进行地热回灌试验的基础上,探索建设新的热储回灌工程。

近年来,天津市遵循“以灌定采、采灌平衡”的开发原则,通过政策引导、技术创新等手段,不断提高地热回灌率。数据显示,天津市部分区域地热水位已回升2至8米,各热储层漏斗区面积不同程度减少。截至2020年底,天津市利用地热供暖总面积达3423万平方米,约占全市供暖总面积的7%。

坚持“采灌均衡”的清洁利用方式,这在地热界内已达成共识。除了以直接抽取地下热水形式的水热型地热开发利用方式外,地热界还创新推出了“取热不取水”的深井换热技术,但其取热率远低于对流开采,在适当条件下可部分替代回灌困难条件下的采灌方式。此外,还有单井换热的中深层地源热泵取暖技术、中深层水热型地热能源电热联供技术等。

除技术创新之外,政府部门对地热资源开发利用的规范管理是关系行业可持续发展的重要因素。河北省水利厅、河北省自然资源厅2021年6月28日印发《关于规范抽采地热水管理的通知》(冀水资函【2021】50号)指出,采用深层地下换热方式开发利用地热能(只取热不取水),不需办理取水许可和采矿许可。补办取水许可和采矿许可手续的地热供暖项目,地热尾水同层回灌量应不低于95%。同时要求,取水井与回灌井均应安装在线计量监控设施,监测数据应按照相应技术规范上传至省级监控平台。

山东省在地热水资源管理方面提出,采矿权申请人必须制定回灌方案,落实以灌定采措施,开采孔隙热储型地热资源的回灌率不低于80%,开采岩溶热储型地热资源的回灌率不低于90%。作为黑龙江省首部以清洁供暖为主题、以地热能为专项的省级规划——《黑龙江省地热能供暖专项规划》以“取热不取水”为总纲,遵循“科学勘察、因地制宜,清洁高效、持续利用,政府引导、市场运作”的原则,制定本地区地热能供暖发展计划。

北京市关于办理地热矿业权审批、水热型地热供暖发展给出了可行的借鉴。8月20日,北京市规划和自然资源委员会官网发布《关于我市地热资源矿业权审批工作的公告》指出,今后国家级市政府重点工程、公益性项目、供暖项目经申请并报市政府批准后可依法办理地热矿业权审批,符合上述用途的开发利用项目可依法办理矿业权新立审批,已取得矿业权的项目,到期后包括已过期的项目可办理矿业权延续审批。不符合上述用途的开发利用项目在矿业权到期后不再办理延续审批。根据要求,北京鼓励向地热供暖回灌方向转型,不能转型的,采矿权到期后采矿许可证自行废止,采矿权注销。

对于上述北京的做法,业内人士直言“这是科学发展的主流”,“这项政策是地热能行业的发展方向”。在实现地热能可持续利用的同时,也保持地下生态环境的平衡与安全。

体系化创新破解地热行业发展顽疾

地热能行业健康可持续发展离不开顶层制度设计。赵丰年建议,要理顺管理机制,做好地热开发规划引导。同时,建立监测、评价和认证体系,以此更好地引领地热行业高质量发展。

长期以来,我国各能源分系统相互独立,未能协调发展,产生了一些局部矛盾。在管理机制方面,地热开发涉及自然资源、发展改革、能源、水利等多部门,难免出现职责不清等现象,增加了地热项目的审批难度和成本。赵丰年表示,“建议打通部门间审批通道,自然资源主管部门出让地热采矿权时与水行政主管部门联合论证和审批,同时办理取水许可证和采矿许可证,简化办事程序,提高地热矿权的办理效率。”

业内人士认为,部分地方政府部门管理缺位和没有区别对待的科学决策,实施“一刀切”关停的政策和措施,对地热能行业造成了直接的打击。而另一方面,也有受访的业内人士指出,“打铁要靠自身硬,行业自身有问题是深层次原因。”

关于地热井尾水不回灌的乱象,赵丰年表示,新上供暖类地热开发利用项目要严格执行行业标准《地热回灌技术要求》(NB/T 10099-2018),采矿权人应当制定回灌方案,强力实施地热回灌。回灌方案应当经自然资源主管部门审批,同时报水行政主管部门备案。采矿权人必须按照回灌方案将回灌井、回灌设施与取水设施同时设计、同时施工、同时投入使用。

地热资源动态监测是实现地热资源可持续开发的科学依据。赵丰年认为,政府主管部门要牵头建立地热资源动态监测体系,开展地下热水的压力、温度、流量、混浊度等物理动态综合监测,在有条件的井孔中同时布设水压、水位、水文、测震、应变等多种手段的监测仪器,完整监测地下热水系统,掌握一定时间、空间范围内地下热水的动态变化规律,严格监督与环境问题相关的重要监测事项,促进地热资源的高质量开发利用。

业内专家还表示,“十四五”期间,要加强核心标准的研究制订,逐步优化和完善各个环节的行业技术标准,构建完善的覆盖全产业链的技术标准体系。另外,建立地热行业检测认证中心,以行业标准为依据开展地热回灌技术评价认证工作,作为地热能开发利用项目质量提升的重要抓手和依据。

未来水热型地热何去何从?妥善处理好开发和保护的关系,完善标准和监管体系,增强技术创新动力,因地制宜、科学有序地推进地热能开发利用,这将对促进我国碳达峰、碳中和目标的实现具有积极而重要的作用。一条更加清晰的地热能高质量发展路径已然明确。(文/代海雷)

(注:原文刊登于2021年8月刊《中国地热》,原标题:整治违法开采地热井,水热型地热何去何从?)




责任编辑: 李颖

标签: 水热型地热 地热企业

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