2020年01月19日 星期日
中国矿业报订阅

“井喷”即至,地热产业准备好了吗?

2017-1-23 17:11:57 来源:中国矿业报 本报记者:刘晓慧 通讯员 范建勇

刚入新年,能源行业多个“十三五规划”密集发布,在《可再生能源“十三五”规划》中,就包含了首次编制的地热能发展规划,并被作为主要任务中的一项重要内容单独列出。这是地热能开发利用被首次写入国家规划,而这一新变也被业界普遍认为是“地热产业的发展终于等到了春天”。

能源结构转型,地热能“救场”

刚刚过去的2016年,多座城市数次被雾霾围困,尤其是京津冀地区。有水文地质专家根据既有的地质数据算了一笔账:京津冀地区浅层地温能和水热型地热能资源可开采热量折合标准煤为3.43亿吨/年,占京津冀2015年能源消耗总量的87%,可为5000万人提供建筑物供暖制冷,占总人口的45%。若充分利用地热能资源,每年可减少二氧化碳排放8.18亿吨,可有效缓解雾霾的产生,逐步实现绿色发展。

同时,发展地热能,是促进节能减排,实现绿色发展的需要。在2015年的巴黎气候大会上,《巴黎协定》通过,中国承诺到2030年碳排放强度达到峰值。有相关数据显示,2015年,我国二氧化碳排放量约80亿吨,碳排放量仍居高不下,未来10年我国碳减排压力巨大。而高温地热发电的二氧化碳排放量约为燃煤发电的1/10;与传统锅炉相比,利用热泵供暖,二氧化碳排量至少可减少88%。

实现能源结构转型无疑是一条漫长的路。2015年,我国能源消耗总量达到42.4亿吨标准煤。刚刚发布的《能源发展“十三五”规划》提出,“十三五”时期非化石能源消费比重提高到15%以上,天然气消费比重力争达到10%,煤炭消费比重降低到58%以下。按照《规划》相关指标推算,非化石能源和天然气消费增量是煤炭增量的3倍多,约占能源消费总量增量的68%以上。可以说,清洁低碳能源将成为“十三五”期间能源供应增量的主体。按照地质专家测算,地球内部的总热能约为全球煤炭储量的1.7亿倍。每年从地球内部经地表散失的热量,相当于1000亿桶石油燃烧产生的热量。因此,地热能开发利用,是优化能源结构、提升能源保障能力的需要。

“路线图”敲定,突出因地制宜

《可再生能源“十三五”规划》提出,要按照“技术先进、环境友好、经济可行”的总要求加快地热能开发利用,加强全过程管理,创新开发利用模式,全面促进地热能资源的合理有效利用。

我国地热资源地理分布不均。就目前已勘查可利用地热资源而论,以西南地区最为丰富,已探明可利用地热能达占全国勘查探明可利用地热能总量的51.05%;其次是华北和中南地区,分别探明可利用地热能占全国可利用地热能总量的17.27%和15.89%;再次为华东地区,占9.92%;而以东北、西北地区最少。以各省(区、市)的情况而论,地热资源最丰富的是西藏自治区,其次是云南、广东、河北、天津等省(市)。以上五省(区、市)探明地热资源可开采热能约占全国总量的3/4。

也是据此实情,《可再生能源“十三五”规划》提出,积极推广地热能热利用,加强地热能开发利用规划与城市总体规划的衔接,将地热供暖纳入城镇基础设施建设,在用地、用电、财税、价格等方面给予地热能开发利用政策扶持。在实施区域集中供暖且地热资源丰富的京津冀鲁豫及毗邻区,在严格控制地下水资源过度开采的前提下,大力推动中深层地热供暖重大项目建设。加大浅层地热能开发利用的推广力度,积极推动技术进步,进一步规范管理,重点在经济发达、夏季制冷需求高的长江经济带地区,特别是苏南地区城市群、重庆、上海、武汉等地区,整体推进浅层地热能重大项目。同时,综合考虑地质条件、资源潜力及应用方式,在青藏铁路沿线、西藏、四川西部等高温地热资源分布地区,新建若干万千瓦级高温地热发电项目,对西藏羊八井地热电站进行技术升级改造。在东部沿海及油田等中低温地热资源富集地区,因地制宜发展中小型分布式中低温地热发电项目。支持在青藏高原及邻区、京津唐等东部经济发达地区开展深层高温干热岩发电系统关键技术研究和项目示范。

《可再生能源“十三五”规划》还突出强调,要加大地热资源潜力勘察和评价。到2020年,基本查清全国地热能资源情况和分布特点,重点在华北地区、长江中下游地区主要城市群及中心城镇开展浅层地热能资源勘探评价,在松辽盆地、河淮盆地、江汉盆地、环鄂尔多斯盆地等未来具有开发前景且勘察程度不高的典型传导型地热区开展中深层地热资源勘察工作,在青藏高原及邻区、东南沿海、河北等典型高温地热系统开展深层地热资源勘察。建立国家地热能资源数据和信息服务体系,完善地热能基础信息数据库,对地热能勘察和开发利用进行系统监测。

国家能源局新能源和可再生能源司副司长梁志鹏在2016年的可再生能源论坛上提出,京津冀地区到2020年地热能供暖面积将达4.5亿平方米,在该区域城市供热量里面约占1/5。在其他地热能资源很丰富的地区,也要把地热能作为重要的方式。此外,地热能还有很多其他应用,比如在农业生产大棚供暖、农村供暖中也能发挥重要作用。

一场大调研,三份“金”报告

而就“深部地热资源”本身来讲,其探测与利用也是国土资源部及中国地质调查局“三深一土”重大科技创新战略的重要内容。国土资源部也联合相关部门初步拟定深部地热资源探测与地热能利用的总体目标,即到2030年,我国地热能利用在一次总能源消费中占比达到3%;地热资源开发每年减排二氧化碳10亿吨,约占全国碳排放量的8%;地热开发利用年产值达到5万亿元,约占全国GDP的8%;京津冀地区地热能利用占一次能源比例达到10%,地热供暖占京津冀总人口的5%。预期将形成一系列的成果,如在理论体系方面,形成不同类型地热资源成因模式和赋存机理。在技术创新方面,形成地热资源探测和地热能利用2个技术系列,3种类型地热资源开发技术模式。在资源利用方面,达到我国一次能源消费的3%,京津冀地区将达到10%。在工程示范引领方面,将建成万千瓦级干热型地热资源发电示范工程,水热型地热资源发电及综合利用示范,十大绿色校园“地热+”集成应用示范工程。在平台建设方面,将建成地热资源数据库及信息系统,全国地热资源动态监测网,国家级重点实验室及工程技术研究中心,全国地热资源分布及利用三维可视化软件,热储工程软件等。

为进一步完善地热资源探测与地热能利用实施方案,国土资源部组织深部探测首席专家和来自中国科学院、教育部、中国地震局等单位的特邀专家,先后实地调研了丰顺、雄县、天津的地热资源勘查开发与利用状况,并形成了地热资源探测与地热能利用关键科学问题调研报告。

据了解,此次调研的三个地区代表了国内地热的三种类型区。以广东丰顺为代表的东南沿海花岗岩大量分布区,埋藏浅,温度高,水质好,开发利用历史悠久,方式多样;以河北雄县为代表的华北岩溶地下热水资源分布广,储量大,地热供暖可以满足当地居民生活需要,缓解北方雾霾问题;以天津为代表的砂岩热储回灌,地下取热、换热技术逐步走向成熟,提高了地热资源利用效率,有利于资源的可持续利用。

广东省丰顺县地热资源得天独厚,具有分布广、储量大、水温高、水质好、易开采等特点,开发利用价值高、推广市场大。2014年12月,丰顺县被中国矿业联合会授予“中国温泉之城”称号。其中邓屋地热电站是中国第一座地热电站,运行时间长达40余年,每天抽水约5760立方米,发电量约7000千瓦,近年年均发电时间超过8000小时,每年毛利收入约113万元。加上发电尾水销售给温泉酒店,每年可产生约840万元毛利,经济环境效益十分显著。目前地热的综合利用方式由原来单一的洗浴扩展为旅游度假、医疗保健、休闲娱乐、工业加工、供热制冷、科普、养殖、花卉种植等多种利用方式。丰顺县在部分试点采用了地热制冷-干燥-洗浴-热泵四级梯级利用体系,可以实现地热资源综合利用率高达70%以上。以丰顺为代表的我国东南沿海地区,地热资源丰富且较早开发利用,地热资源开发利用已经带动了相关多种服务产业,特别是拉动了就业,社会经济环境效益均显著。当地政府和人民对地热开发利用的热情高,需求大,但仍然存在统筹规划不足,资源潜力不明,粗放利用,技术有待革新,监测不到位等问题。石桥头地热区位于丰顺县城西北方向约7千米,有3处温泉热水,埋藏较浅,部分自流,水温约47~76℃,目前用于供应周边居民用热水和浴室,但此区地热田均未进行较为全面系统的普查或勘查,资源潜力不明。丰良地热田储量核实(可行性勘查阶段)可采量5850立方米/天,现利用量(抽取)约300立方米/天,水质为硅水、氟水,主要用于金日温泉度假村。自流量约1428立方米/天,主要用于民用、洗浴(3口井、井深100米,74℃~92℃),开发利用方式粗放,资源浪费严重。丰顺地热电站虽然稳定运行,但设备落后,没有进行监测,若继续革新技术手段,该电站仍有巨大潜力可挖。适用于南方地区的地热资源综合梯级利用模式还处于示范阶段,有待推广应用。目前当地温泉旅游产业逐渐扩大,一定要重视地热资源的可持续利用。

河北雄县地热资源丰富,开创了“政府主导、政企合作、技术先进、环境友好、造福百姓”的地热开发利用“雄县模式”。目前拥有地热井68口,其中回灌井24口,建成供暖能力450万平方米,实际供暖面积270万平方米,年替代标煤9万吨,减排二氧化碳18.99万吨,基本实现了城区地热集中供热全覆盖,创建了中国第一个“无烟城”。“雄县模式”采用整体规划,统一开发,引进国际先进的热储评价、采灌均衡、定向钻井、间接换热、高效集输、梯级利用、动态监测、高效运营等技术,在国内率先做到地热尾水100%同层回灌,实现“只取热不取水”的可持续利用目标,实现了保护环境、清洁发展、资源可持续利用。地质专家表示,华北岩溶地下热储资源,分布广,储量大,地热供暖对我国城市、农村替代燃煤供暖、防治大气雾霾具有重要意义。大型岩溶热储开发利用条件好,易于回灌,“一采一灌”甚至“两采一灌”可实现100%同层回灌,但是,规模化长期开采之后的环境影响需要进行评估,特别是储层的温度场和水动力场变化。一方面要降低回灌水温度,实现地热能的充分利用,如雄县地热回灌水温度38℃,还有利用空间;另一方面,要考虑回灌对开采井的影响,合理布局,避免出现热突破。

天津市在馆陶组砂岩孔隙型热储回灌研究方面取得技术突破,滨海新区馆陶组热储的回灌率由2010年的1.5%增加至2015年的25.6%,有利于缓解热储层压力持续快速下降的趋势。滨海新区馆陶组地热回灌示范站采用“一采一灌”系统,其中回灌井采用射孔成井工艺,通过安装标准化井口、过滤装置、监测仪表和可移动箱式站房,建立了完善的回灌系统,制定了科学合理的回灌运行实施方案。每年可增加地热资源回灌量约60×104立方米,年供热运行成本节省156万元。中深层井下换热技术投入使用,具有单井换热量大,系统效率高、运行费用低,闭式循环,保护地热资源的特点。天津卓浪科技园清洁站建设及运营项目,采用“干式深层地热+蓄能梯级利用”的复合式系统,目前已投入使用,运行良好。该项新技术是地热领域的一次新的尝试,是中深层地热开发的趋势之一。但目前已有工程运行时间较短,换热效率有待验证,仍需结合室内实验及已有工程开展机理研究,探索地下热管换热技术及其与水热型/干热岩地热的结合模式,研发高效地下热管采热系统。

未来怎么干,智库有话说

梁志鹏认为,目前中国可再生能源电力发展较快,但供热应用方面发展相对较慢。而地热能是可再生能源供热的最主要的方式。

地热能的利用包括两种方式:一是利用浅层地热能供热,包括地表土壤、地下水提取的能量,地面水甚至空气都可提取浅层地热能;二是超过一千米深的中深层水热型供暖。过去几年中,这两种方式在国内发展得都比较快,技术也日趋成熟,但仍然面临诸多待解难题。

针对地热资源探测与地热能利用关键科学问题,参与调研的专家团提出,围绕大型地热田的预测与规模化开发利用,要加强地热基础理论研究,重点针对不同类型热源的地热资源成因机理、评价方法与开发利用模式开展研究,指导地热田勘探与开发。要提高地热需求大、潜力大的重点地区的地热资源勘查精度,探明资源量,圈定有利靶区,为制定地热资源开发利用规划提供地学依据。要建立水热型地热资源梯级利用示范工程,充分研究丰顺地热资源特点与利用模式,建立中低温地热发电-制冷-干燥-洗浴-热泵五级梯级利用方式,促进东南沿海地热资源规模化开发利用。要加强岩溶型地热资源探测与开发利用技术,促进京津冀地区地热资源规模化利用,替代燃煤,改善环境;选择地下资源与地上需求匹配区域,开发碳酸盐岩岩溶型热储,按照“雄县模式”,重点打造供暖示范工程,实现区域地热资源的整装、有序开发,打造地热供暖“无烟城”。要加强地热探测、地热回灌、井下换热等关键技术研究,加大地热探测精度和深度,提高平原盆地砂岩热储回灌率,研发高效地下采热换热系统,利用新技术、新手段推动和促进地热资源的开发利用。要加强政府主导,统一规划,提出地热资源合理开发利用的产业布局;积极改革地热液体矿产矿业权管理制度,鼓励企业积极投入地热资源的开发利用;强调在保护中开发,在开发中保护的观念,实现地热资源的可持续利用。

全国地热资源调查评价工程首席专家王贵玲表示,地热能源探测利用需要解决四个核心问题,即地热资源是怎么形成的,如何探测,如何高效利用,如何评价。他同时表示,目前在探测和利用方面还存在如基础地热测量工作相对薄弱,地热资源探测深度浅,不同类型地热资源赋存机制尚未探明;地热资源探测技术瓶颈问题依旧存在,缺乏系统的地热资源探测技术体系;干热岩探测开发工作刚刚起步,相关技术与世界发达国家有明显代际鸿沟;地热开发利用技术落后,利用效率不高;人才后备力量相对薄弱,创新能力不强等诸多问题,需要更多层面的支持来共同攻克。□

返回新闻