地熱產業能否大顯身手?
本刊記者 潘秋杏
“在我小時候,每年只有3到4個月的時間可以踢球,冬天踢不了,因為到處都是冰雪。”冰島外長索爾達松近日在接受媒體采訪時回憶,“現在我們有了(用地熱)來暖的室內球場,孩子們全年都可以踢球。”
地熱能是蘊藏在地球內部的熱能,是一種清潔低碳分布廣泛的可再生能源,與風能、太陽能等能源一樣,地熱能被明確列入我國《可再生能源法》中。地熱能通常可分為淺層地熱能、水熱型地熱能、干巖型地熱能。水熱型地熱能是指地下儲有大量熱能的蓄水層,是現在開發利用的主要地熱資源。
我國從1950年代開始規模化利用溫泉,相繼建立16多家溫泉療養院。1970年代初,中國地熱資源開發利用開始進入溫泉洗浴、供暖、發電等。不過至今,我國的地熱能利用仍處在起步階段。
2017年農歷新年剛過,國家發展改革委、國土資源部及國家能源局共同發布的《地熱能開發利用“十三五”規劃》(以下簡稱《規劃》),被業內認為是我國地熱產業發展的里程碑。
2018年8月底發布的《中國地熱能發展報告(018)》白皮書(以下簡稱《報告》)提到,2000年利用淺層地熱能供暖(制冷)建筑面積僅為10萬平方米,2010年以來以年均28%的速度遞增,截至201年底,年利用淺層地熱能折合1900萬噸標準煤,實現供暖(制冷)建筑面積超過5億平方米,主要分布在北京、天津、河北、遼寧、山東、湖北、江蘇、上海等省市的城區,其中京津冀開發利用規模最大。
據eo了解,中石化、中石油、中廣核、中核等在地熱方面有所探索和布局。近年來,不少民營企業也開始進入地熱產業。例如2008年成立的河南萬江集團,在河南三門峽陜州區創建河南省首個地熱集中供暖項目示范區,并將陜州的模式復制到周口地區,計劃打造20個示范區,推動北方地區清潔取暖。
中國科學院廣州能源研究所地熱能研究室主任馬偉斌感嘆,這幾年地熱能在取暖方面的利用還是發展得很快,但是仍然要注意“因地制宜”。
資源是前提
“埋藏淺、水溫高、儲量大、水質好”,這是1988年出版的《華北地熱》一書中記載的雄縣牛駝鎮地熱田的熱儲優勢。雄縣1990年代就已經開始利用地熱能,當地學校、醫院甚至個人紛紛打井取暖。
中國雄安官網顯示,雄縣境內地熱資源豐富,地熱面積320萬平方公里,地熱水儲量達821.78億立方米,且埋藏較淺,在500至1200米之間,便于開發利用。安新縣境內地熱資源儲藏面積達350多平方公里,儲量150多億噸。
資源的優勢讓地熱供暖在雄縣普遍推廣。綠源地熱能開發有限公司(簡稱“綠源公司”)有關人士介紹,目前雄縣已經建成地熱供暖能力530萬平方米,縣城城區基本實現全覆蓋。中石化綠源地熱能開發有限公司是中國石化新星公司與冰島極地綠色能源集團在2006年共同投資組建的。
根據有關媒體報道,截至目前,雄安新區簽約供暖面積已達738萬平方米,建成供熱能力602萬平方米,建設地熱站51座,地熱井123口,鋪設供熱管網450公里。
中國石化集團新星石油公司副總地質師兼雄安項目管理部總經理劉金俠透露,中石化新星參與到了雄安新區能源規劃方案的討論當中,方案已經基本成型,“原來說8月份(出臺),現在9月份,看起來弄好至少要10月份,地熱應該是會作為一部分重要的內容出現,是供熱的重要部分。”
不過,地熱也不是包打天下,只是在有些地區能夠作貢獻。萬江集團有關人士認為,地熱資源開發的前提是有資源可用。
我國地熱資源分布廣泛,資源種類繁多,資源量相對豐富,但受構造、巖漿活動、地層巖性、水文地質條件等因素控制,總體分布不均勻。
根據中國地質調查局完成的全國地熱資源調查,華北、松遼、蘇北、江漢、鄂爾多斯、四川等盆地及東南沿海、膠東半島、遼東半島等山地中低溫(25℃~150℃)地熱資源可觀,西藏、云南、四川、臺灣等地的中高溫地熱資源儲量大。
“地然資源雖然不是包打天下,但是我國地熱資源豐富。”前述萬江集團有關人士表示,“我國大部分地區,都可以根據資源存儲情況進行地熱資源開發利用,促進地區能源資源轉型,助力大氣污染防治。”
采灌要結合
地熱水開采一直以來被病的一個問題是,無序開采對地下水有影響。
雄縣也曾遭遇過因開采地熱水導致地下水位下降。雄縣城內有個“溫泉湖”。據《中國新聞周刊》在2017年10月的報道,雄縣縣委宣傳部副部長王金鎖說,這個湖本是個很小的自然湖,2000年前后,大量開采出的地熱水無處排放,都排到湖里。湖面越來越大,誰也不知道水有多深。地熱水排出后依然有三四十度,湖水冬季不結冰,蒸發后在地面五六米高的空中形成霧氣帶,整個縣城如在仙境。有的小區隨意挖個排水坑,坑里水滿了,外溢到公路上,地面結冰后形成交通安全隱患。
雄縣地下水位也在迅速下降。自2000年后,每年地下水位下降十米左右,2008年11月,當時的雄縣副縣長王育新剛一上任,就遇到了“大麻煩”——許多熱水井不再自噴,很多小區冬季沒有取暖的地熱水了。
2006年,雄縣地熱無序發展的狀態有所好轉。雄縣政府國土資源局從國家開發銀行貸款1000余萬元,成立了專門開發地熱資源的公司,并規定縣城規劃區域內,不再允許新增私人地熱井。不過該公司很快無法跟上房地產開發的速度。
其局部零散的地熱供暖由于沒有統計規劃、布井不合理、重效益輕保護、沒有進行回灌造成資源的極大浪費,使得當地地熱水位呈現急劇下降趨勢,到2009年7月,地熱水位已經下降了近70米。
2009年8月,雄縣政府和中國石化新星公司在地熱開發利用上達成一致,認為地熱利用要高效,需要規模化開發,采灌結合,實現地熱資源可持續利用。雙方簽訂了雄縣地熱資源開發的協議,避免了地熱市場的無序競爭和資源的浪費。
在地熱水供熱系統上,可以分為地熱水直接式供熱和地熱水間接式供熱系統。前者是將地下水抽出的地熱水直接輸送到供熱系統,熱損失小、造價低,但是需要考慮地熱水對管道的腐蝕、預防結垢等問題;后者的地熱水不直接通過熱用戶,而是經過熱交換器,將熱量傳遞給供熱管網循環水,被認為是“取熱不取水”的一種方式,但由于換熱量比前者低,且需要設置換熱器,造價較高。
雄縣地熱水溫度較高,在65℃—85℃之間,不少地方用上了“取熱不取水”方式,做到地熱尾水100%同層回灌。
在減少對地下水影響方面,如今已有井下換熱技術。此技術不用將地熱水抽上來,在一口深井中安裝同軸套管,在外套管中注入冷水,冷水下降過程中被周邊的巖石(土)加熱升溫流到底部形成熱水,熱水則通過內管回到地面,從而以“取熱不取水”的形式開發地熱能。
經過20多年的發展,井下換熱技術已經被多個西方發達國家應用于建筑供暖之中。據了解,目前中石化新星在雄安也有做井下換熱的試驗項目。不過,受訪的業內人士均表示,井下換熱技術換熱量低,經濟性也低,現在還沒有被我國大規模推廣應用。
馬偉斌提醒,“取熱不取水”的方式是鼓勵的,但是成本會高很多,對于企業來說,在選擇技術和方案的時候會考慮到經濟性。他提醒:“地熱資源哪里都有,主要是資源量大小的問題,要注意開采的量和儲存的量,不要超開采,不然幾年就可能沒有了,要符合自然規律,按地熱要求去開采。”
入駐雄縣以來,綠源公司采用熱交換、梯級利用、智能監控及數據采集技術等,提高地熱能的利用效率,避免資源浪費。
綠源公司的官網顯示,經監測,在綠源公司進駐后,經過兩個采暖季的地熱尾水回灌,雄縣城區范圍內的地熱水水位下降趨勢已開始明顯趨緩,由原來的每年下降6—7米減緩到目前23米,回灌效果進一步顯現。
雄縣的地熱開發利用模式被認為是國內的標志性工程值得推廣。劉金俠補充,“雄縣模式”應該因地制宜地搬,復制的是模式,即統一規劃、先進科學的技術、采灌均衡、城市規劃和地熱規劃銜接等。
“不是說在雄縣打1700米的井,在別的地方也打同樣的深度。”
責任編輯:電力交易小郭
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