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我国地热供热发展路线渐行渐清晰

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  来源:地源热泵网     发布日期:2018-02-04
核心提示:国家能源革命战略出台后,非化石能源的发展迎来难得的机遇,发展步伐也开始显著加快。地热作为非化石能源的后起之秀,正在表现出强大的发展潜力。特别是北方地区清洁取暖规划发布实施之后,地热的作为供热能源的战略地位日益凸显。
      国家能源革命战略出台后,非化石能源的发展迎来难得的机遇,发展步伐也开始显著加快。地热作为非化石能源的后起之秀,正在表现出强大的发展潜力。特别是北方地区清洁取暖规划发布实施之后,地热的作为供热能源的战略地位日益凸显。

     
一、地热资源调查取得重要进展

      资源位于地热产业链延伸的最前端。为进一步认识资源基础,近五年国土资源部、中国地质调查局等单位先后组织了数十家单位数千名技术人员对全国地热资源开展了系统评价。完成了全国336个地级以上城市的浅层地热能、全国31个省(市、自治区)水热型资源的调查,同时启动了干热岩资源评价。地调局的资源评价结果显示:全国地热资源年可开采量折合标煤26亿吨。其中中低温水热资源年可开采量折合标煤18.65亿吨,主要分布在华北、苏北、松辽、江汉等大中型盆地,每年可采资源量折合标煤18.28亿吨。高温水热型资源主要分布在西藏自治区、云南、四川和台湾省。

      浅层地热能开发潜力可观。全国336个地级以上城市浅层地热能资源每年可开采量折合标煤7亿吨,可用于建筑物供暖和制冷。336个地级以上城市80 %以上的土地面积适宜利用浅层地热能,可实现建筑物夏季制冷面积326亿平方米,冬季供暖面积323亿平方米。全国适宜开发浅层地热能的地区主要分布在中东部,包括北京、天津、等13个省(市)。此外干热岩开发潜力巨大,中国干热岩资源总量初步评估折合标煤达 856 万亿吨。若按照国际通用规则,开发利用其总量的2%,可利用规模亦达17万亿吨标煤。

      二、地热开发利用规模不断扩大

      资源勘查取得进展的同时,我国地热开发利用力度也在逐年加大,地热资源利用量连续多年位居全球之首。数据显示2014 年我国地热资源直接利用量达到 48435 GW,是美国地热直接利用量的2倍多。在地热直接利用构成中,用于供热和制冷的地源热泵利用方式占 58 %,水热型地热供暖占19 %,温泉洗浴占18 %。2014 年,我国水热型地热供暖比例首次超过温泉洗浴,反映出我国地热资源能源化利用步伐正在加快。

      浅层地热利用方面,截至2014年底全国浅层地热能供暖制冷面积达3.92亿平方米。地源热泵机组总装机容量达11.78GWt,开发利用年增长率远高于世界上其他国家的增长速度。目前全国除港、澳、台地区外,31个省、自治区、直辖市均有开发浅层地热能的地源热泵系统工程项目在运营,应用浅层地热能资源进行供暖和制冷的地源热泵项目在中国已经超过7000个,这些项目多集中在华北和东北地区,建筑物类型主要集中在办公楼、宾馆、医院、商场、学校和住宅等。近年来长江及珠江流域附近城市地源热泵特别是江水源热泵发展迅速。中深层地热利用方面,由于集中供暖技术相对成熟,近年来中深层地热供暖的开发利用在规模、深度和广度上都均有很大发展。截至2014年底,中深层的地热供暖面积已达到1亿平方米。其中地热大省河北省中深层供暖面积预计到“十二五”末达到2600万平方米,位居全国第一;天津的地热供暖面积也已超过2100万平方米。

      三、2017年“气荒”导致地热发展拐点出现

       2017年冬季国内大力推进“煤改气”主导的清洁取暖工程之后全国大面积出现了天然气供应不足现象。煤改气虽不是气荒现象的唯一原因,但应该是主要原因之一。2017年出现了这个问题,2018年还会不会再次出现目前正在被人们热议。若天然气供需格局在新的一年不能有大的突破,且依旧按照2017年的模式推广煤改气工程,气荒现象估计还会上演。

      我国从根本上解决天然气供应短缺问题面临较大的挑战。首先是气源不足。我国是人口大国,目前人均天然气消费仅相当于世界平均水平的三分之一。按照13-14亿人口规模、人均气量达世界平均水平计算,我国的天然气消费量在7000亿立方米左右,而目前我国的天然气消费量在2300亿立方米,缺口一目了然。国内天然气产量按照地质矿产部门的估计,到2020年也就两千亿立方米左右。随着清洁取暖工程实施力度的加大,国内天然气消费量将逐年增长,进口天然气规模将逐年增长,对外依存度预计在2018年突破40%。只要对国际市场有依赖,就不可能避免受制于人。2017年土库曼斯坦减少对我国的天然气供应已经折射出这方面的隐患。其次是天然气基础设施不足。我国目前的天然气干线长度仅为8万公里,国土面积与我国相当的美国的天然气干线管网里程在40-50万公里;美国有储气库410座,分布在全国各地,我国目前仅有20座。加大基础设施建设需要巨额投资,且需要一定的周期。再次是我国天然气价格改革还不到位,市场化定价机制还未完全建立起来。目前天然气非居民用气价高于居民用气价格,与国际还不接轨。尽管国家出台了系列政策,通过控制管输价格与基础设施建设投资收益率控制天然气价格,但要大面积降低天然气的使用成本依然需要跨越系列障碍。特别是随着天然气对外依存度的逐年提升,成本控制的压力会越来越大。

      政府和业界已经注意到了这个问题并采取了一些措施予以改进。从目前的动向看“天然气+可再生能源”供热模式预计会在接下来的清洁取暖过程中予以推广,可再生能源供热的比重会逐渐增长。可再生能源供热体系中,地热是非常有竞争力的能源种类之一。地热的优势表现在资源量大,分布广泛,取之不尽用之不竭。相对于其他可再生能源受季节、气候等因素制约的供应特点,地热最大的特点是供应稳定。从产业实践方面看,无论是国际社会还是国内,无论是中深层还是浅层地热供暖都有成功的应用和实践案例。中国石化在河北雄县创建的地热供暖“雄县模式”就以清洁、安全、环保为品牌闻名国内外。目前雄县模式正在有计划地向大中城市和农村推广。

      新近发布的《北方地区冬季清洁取暖规划(2017-2021年)》以及《关于加快浅层地热能开发利用 促进北方采暖地区燃煤减量替代的通知》中明确指出地热发展的三个重点。一是积极推进水热型(中深层)地热供暖,在经济较发达、环境约束较高的京津冀鲁豫和生态环境脆弱的青藏高原及毗邻区,将地热能供暖纳入城镇基础设施建设范畴,集中规划,统一开发。到2021年供暖面积达5亿平米。二是大力开发浅层地热能供暖,在京津冀鲁豫的主要城市及中心城镇等地区,优先发展再生水源,积极发展地源,适度发展地表水源,鼓励采用供暖、制冷、热水联供技术,在替代民用散煤供热(冷)方面发挥积极作用。到2021年供暖面积达5亿平米。三是继续做好工业余热回收供暖,对具备工业余热供热的工业企业,鼓励其采用余热余压利用等技术进行对外供暖。到2021年供暖面积达2亿平米(不含电厂余热)。“气荒”现象使得地热跳跃式发展的拐点正在出现。

      四、地热供热发展路线图设想

      从地热供热技术路径看,首先是地热供热应该走浅层地热供热与中深层供热齐头并进道路。具体思路是有中深层资源的地区,在确保回灌条件下应优先开发中深层资源,比如中国石化在河北雄县的地热资源开发就做的非常成功,目前已在城区实现地热供暖面积600多万平方米,实现地热供暖零排放,零污染,取热不取水。目前这种模式在雄县周边的农村地区也有一定的推广和尝试。中石化在雄县地热开发取得成功之后计划在十三五时期在全国再建20个无烟城。在中深层资源不具备的地区,可考虑大力推广浅层地热能开发利用。浅层地热能分布广泛,不仅涵盖土壤热源,还包括地表水、城市污水、江河湖泊水源一级工业余热等热源,具有大面积推广利用的资源基础。过去一致认为浅层地热开发利用在我国的适宜区主要在中东部,但是近年国内一些企业先后在西藏、黑龙江等极寒地区也取得了浅层地热能开发突破,这些突破和进展对今后极寒地区浅层地热能开发有重大的示范意义。

      其次是地热供热在区域布局方面将表现出南北结合,由北向南推进特点。目前的发展态势是不仅北方地区冬季需要供暖,传统的夏热冬冷地区供暖呼声也日益高涨。进入本世纪以来,南方屡发雨雪冰冻天气使得南方地区加强冬季供暖的呼声日益高涨。目前在南方部分城市已经开始了地热集中供暖。比如南京一些小区的冬季供热就是依靠水源热泵方式,水源是长江水。地热资源分布广泛,特别是浅层地热资源可以大面积利用。随着地热在北方地区清洁取暖中的作用的发挥,地热的供热区域将不断扩大,由北向南。

      再次是发展地热供热应重视示范工程的引领功能,这是技术路线。地热供热目前有蓬勃发展之势,但发展规模毕竟较小,尚处于起步阶段,因此应有意识的树立一些示范工程并将其发展模式予以推广,比如雄县模式。从经济角度看,地热开发利用目前面临的最大挑战是初投资高,投资回收期长,但运行起来则具有运行成本低的优势。因此,发展地热供热需要从政策、技术创新、管理方面入手,结合地热供热的特点,为其发展创造适宜的生存“土壤”。

      五、加快地热供热发展的保障措施

      1.明晰地热的能源属性,消除多头管理现象

      实践中遇到的一个涉及管理体制和运行机制的突出问题是水务管理部门和矿产资源管理部门关于地热管理的职能交叉。地热资源属于矿产资源,应由矿产资源法调整,地下水资源受水法调整已是共识,但在实践中存在一些问题。矿产和水务部门在对地热的多头管理影响地热开发进程,比如要求地热开发企业办理采矿许可证和取水许可证就是其中之一。90年代国务院法制局《国务院法制局关于勘查、开采矿泉水地下热水行政管理适用法律有关问题和复函》指出地热具有水资源和矿产资源的双重属性,地热开发适用于《中华人民共和国矿产资源法》、《中华人民共和国矿产资源法实施细则》和矿产资源补偿费征收管理规定。明确提出对于依法取得矿泉水或者地下热水采矿许可证的项目不再办理取水许可证。但当年中编办印发的《关于矿泉水地热水管理职责分工问题的通知》认定地热具有水资源和矿产资源的双重属性,要求地热开发办双证(即取水许可证、采矿许可证)。政出多门导致地热管理较为混乱,如今各地的管理也是千差万别,非常不利于地热大发展。就发展趋势看,地热开发应该建立主管和协管的机制,矿产资源管理部门主管,水务管理部门协管,取消多头收费,减轻企业负担。

      2.加快全国地热管理平台建设和行业标准规范制定

      业界普遍呼吁建立全国地热管理信息平台,并希望借助该平台掌握地热产业发展最新动态与需求。平台的建设和运营也可以为相关决策部门提供地热产业宏观调控、规划制定和政策动态调整最前沿的“窗口”信息。目前地热产业发展规模较小,发展较为初级,无论是地热供热还是发电均缺乏规范的行业标准,需要加快制定。目前的许多开发利用项目不是有章可循,而是企业和政府在实践中不断摸索,一些较为成功的项目也是通过这种干中学的方式探索出来的。对于这些成功运行的项目,可将其视为地热开发利用的示范工程,通过总结其发展经验和规律,特别是技术和管理方面的亮点,提取行业发展标准和规范制定的有效元素。

      3.尽快形成国家与地方两级规划体系,加大地热供热政策扶持力度

      宏观导向方面,全国地热十三五发展规划已经出台,北京、河北也已经率先出台本省市的地热发展的十三五规划。建议各地在国家规划的基础上续出台本地区地热发展十三五规划,明确发展目标和技术路线,形成国家与地方两级地热发展规划体系。并以国家和地方规划为基础出台相关扶持政策。结合发展路线图,近中期应重点研究制定地热供热扶持政策,鼓励按照因地制宜原则发展地热供热,鼓励中深层与浅层地热供热协同发展,鼓励建立集地热与天然气、其他可再生能源于一体的多能互补的分布式能源供热项目建设。

      4.重视地热供热关键技术的研发和应用

      地热资源开发利用技术是一门多学科的综合技术,涉及资源勘查与评价、钻井成井工艺、尾水回灌、梯级利用、高效运营、保温与换热、防腐防垢、热泵和发电等技术。技术难度较大。尽管在过去几年的快速发展进程中,国内地热界在地热开发利用技术方面取得了一定程度进展,但依然有不少技术难题需要攻克。当前地热资源开发利用无论是浅层、中深层还是干热岩资源开发利用均面临重大技术挑战。比如浅层资源供热和制冷过程中遇到的热平衡和冷堆积问题,中深层资源的地热水回灌问题以及干热岩开发的靶区定位、人工压裂以及微地震技术等。对这些影响地热深度开发利用的重大关键技术,需要依据地热发展目标制定相应的技术发展路线图,明确各个节点目标,开展相关研究和生产时间并制定落实好保障措施。

      5.加大地热专业人才队伍培养力度

      人才队伍的形成是地热发展的决定性因素。目前参与地热产业的各类经济主体中,除相关管理机构外,相关行业协会和科研机构也逐渐涌现。如2012年天津大学成立了中低温热能高效利用教育部重点实验室,实验室结合国家发展节能环保、新能源等新兴产业的重大需求,瞄准以地热能、太阳能及工业余热为主的中低温热能的科学前沿,研究中低温热能高效利用过程中的科学问题。部分高校计划开设地热专业研究生教育等。目前地热产业发展过程中暴露的很多问题与人才的缺乏有很大关系。应该建立科学有效的地热专业人才形成机制,借助科研院所、行业联盟等机构的力量,加大对地热专业的人才培养力度,多渠道为地热产业发展输送多层次人才,促进地热产业可持续发展。

      2017年国内出现煤改气引发的气荒反映出我国天然气供应尚存在一些短期难以克服解决的结构性矛盾。气荒的出现为可再生能源供热提供了施展身手的空间。在此形势下,地热受重视程度正在进一步提升,北方地区清洁取暖规划对地热在北方地区清洁取暖中作用的发挥寄予厚望。地热供热在北方做成功了,南移也就有了底气和资本。预计未来地热供热事业的发展将沿着浅层深层并举,南北结合,通过发挥示范工程领衔引导功能实现由点到面推进的道路前行。
 
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