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【中国自然资源报】“地热+”,低碳能源新方向

  时间:2021-09-16

随着全国科普日的来临,自然资源系统有关“碳达峰、碳中和”科学研讨的声音持续加强。不久前,中国能源研究会地热专业委员会在山东济南召开学术会议,邀请中国科学院院士汪集暘,国务院原参事、国家能源局原局长徐锭明等专家学者和科技人员,围绕“推动地热能发展,助力双碳目标实现”进行交流与研讨。

能源“低碳化”,加速发展地热是“优先选项”

“2030年前碳达峰、2060年前碳中和的目标,为我国能源发展描绘了新的宏伟蓝图。能源供给侧与消费侧必须加速从‘高碳’向‘低碳’乃至‘无碳’转型。”徐锭明说,“推动经济社会发展必须建立在资源高效利用和绿色低碳发展的基础之上,构建清洁低碳、安全高效的能源体系至关重要。”

“未来能源发展方向是清洁、高效、多元、低碳、可持续。”徐锭明认为,重构我国的能源体系,最重要的就是控制化石能源总量,实施可再生能源替代行动,构建以新能源为主体的新型电力系统。在我国,地热资源丰富,且绿色低碳、稳定可靠,是一种极具发展潜力的优质能源,也是水电、地热能、太阳能、风能、核能五大非碳基能源中名副其实的“优先选项”。

资料显示,全球地热储量约为煤炭储量的1.7亿倍,可利用量相当于4948万亿吨标准煤。按目前世界年消耗190亿吨标准煤计算,能满足人类数十万年的能源需求。

汪集暘介绍,地热能不仅资源量巨大,而且利用效率也非常高,地热能发电的能源利用效率平均可达73%,有的国家和地区甚至可以达到90%。同时,地热能对二氧化碳的减排优势非常明显。《地热能开发利用“十三五”规划》显示,到2020年,开发利用地热能,每年可减排二氧化碳1.7亿吨。

“地热能从高温到低温,从发电到供暖、制冷都可以加以利用。我国仅新增加的建筑中,只要有5%用地热供暖,地热能源的产值就可以达到1万亿元甚至更多。‘十四五’期间,地热产业的市场潜力非常大。”汪集暘表示。

以中低温为主,我国地热能产业发展势头强劲

中国地热资源储量丰富,约占全球地热资源的1/6,地热直接利用量位居全球第一,占全球总量的43%

其中,我国地热资源以中、低温(<150摄氏度)为主,高温地热资源仅分布在西藏、云南腾冲和台湾。从埋藏深度来看,浅层(<200米)地热资源遍布全国,现每年可利用资源量折合标煤7亿吨;中、深层(200~3000米)地热资源主要集中在大型沉积盆地区,资源量折合标煤12500亿吨,现每年可利用资源量折合标煤18.7亿吨;干热岩(3~10千米)资源量折合标煤860万亿吨,这部分资源量虽然巨大,但开发难度很大,现仍在探索阶段。

据介绍,近年来我国地热能产业发展势头强劲,地热能行业标准体系初步建立,地热资源勘查技术取得长足进步。目前,我国地热能开发利用已经呈现多元化发展的态势,中深层地热供暖区域型规模化程度加快,浅层地源热泵应用全方位推进,地热发电具有成为区域电源主要组成的潜力。

在127日国家能源局发布的《关于因地制宜做好可再生能源供暖相关工作的通知》中,地热能供暖再次被放到了突出位置,并强调了两个重点:一是按照“以灌定采、采灌均衡、水热均衡”的原则,重点推进中深层地热能供暖和集中利用示范工作;二是积极开发浅层地热能供暖,经济高效替代散煤供暖,在有条件的地区发展地表水源、土壤源、地下水源供暖制冷等。

发展相关技术,探寻地热资源开发利用新动向

汪集暘等专家表示,地热能资源的广泛利用和可持续发展的关键是加大相关技术的研发。

此前,我国浅层地热能的迅速崛起就得益于地源热泵技术的发展。2017年底,我国地源热泵应用面积突破5亿立方米,截至2019年年底,全国浅层地热能供暖/制冷面积已达到8.41亿平方米,地源热泵年均增长速度达到27%,带动了世界地源热泵的快速发展。

技术发展还推动了我国的干热岩勘查开发。

据中国地质调查局中国地质科学院相关专家介绍,青海共和盆地实现干热岩资源勘查突破后,中国地质调查局、青海省与中石化联合启动三方科技攻坚,在共和盆地建设我国首例增强型地热系统(EGS)示范工程,并实现试验性发电。如今,中石化圆满完成GR1井试压裂,实现我国干热岩压裂施工零突破。中国地调局组织的GH010203井组已完成钻井,01井压裂作业已经完成,联通试验正有序推进。

干热岩是许多国家正在探索应用的地热资源,而在干热岩技术基础上提出的增强型地热系统,则是采用人工形成地热储层的方法,从低渗透性岩体中经济地采出深层热能的人工地热系统。近年来,法国、澳大利亚、日本、德国、美国、瑞士等国家都在对EGS进行积极的开发和测试。

“增强型地热系统商业化的挑战性非常大,期待2050EGS发电和水热型一样成功。”中国地质大学(武汉)教授蒋恕说,“从水热到干热、从浅层到深层、从常规到非常规,这是世界地热资源开发利用的趋势。”

专家们认为,相较于干热岩、岩浆囊等非常规地热资源,水热型地热在今后相当长时间内仍然是地热勘探开发的主要目标。现阶段要加大科技投入,真正落实好“赛马”“揭榜挂帅”,对一些地热利用中的关键“卡脖子”问题,如“取热不取水”“砂岩回灌效率”等集中攻关。

“用科技实现绿色能源革命,是双碳目标下我国经济转型发展给予我们的一次大考。加速推动地热开发领域的科技创新势在必行。”一位专家表示。

寻找“最优解”,加强地热与其他可再生能源的综合利用

与探寻地热能利用的未来方向相比,解决现实能源高碳的“痛点”似乎更加紧迫。

对此,国家能源局以地热供暖替代燃煤的要求非常明确:一方面,以点带面抓好重点地区和重点项目的建设,在经济发达环境约束较高的京津冀及周边地区推动中深层地热供暖替代燃煤;另一方面,在沿长江经济带地区,针对城镇居民对供暖的迫切需求,加快推广热泵技术应用为主的地热能利用,避免大规模选择燃煤锅炉和燃煤热电联产集中供暖,在具备地热供暖的条件时,也尽可能不使用天然气供暖。

以“多能互补、智能耦合”为特色的“地热+”绿色风暴正在各地悄悄形成。

在北京,大兴国际机场把地源热泵、烟气余热回收热泵,以及污水源热泵,进行了多能耦合,为机场约250万平方米区域提供冬季供暖和夏季供冷。

在南京,江北新区江水源热泵区域供冷供热项目,可向新区核心区的8.75平方千米内近1600万平方米建筑群提供供冷供热服务,每年可为新区节约用电量1.4亿度,相当于少烧4.69万吨标煤。至2030年,可实现年减碳量3.85万吨;至2060年,减碳量将达14.16万吨。

在合肥,滨湖新区核心区能源项目依据合肥当地资源禀赋与气候特点,将地源热泵、污水源热泵、冰蓄冷、天然气分布式能源等相结合,形成约500万平方米的供冷供热能力,实现了多能互补型的能源供应形式。

在雄安新区起步区,规划通过“地热+”中深层地热供能模式实现供暖制冷面积1亿平方米。

在一些进入开发晚期的老牌油田,已经围绕“油田+热田”开始地热规划布局。如胜利油田专门成立了新能源开发中心,重点在地热供暖、浅层地源热泵冷热联供、废弃井单井换热、深井地热发电、地热采出水伴生余热、地热养殖等领域加快地热资源综合利用,截至2020年底已实施地热项目供暖面积200万平方米。

显然,“地热+”的出发点和着力点就是以地热资源禀赋和分布特征为基础,因地制宜,加强地热与其他可再生能源的互补综合利用,以实现较高的能源使用效率。

“大力发展‘地热+’,是未来新能源和可再生能源的一个发展方向。”汪集暘说。

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