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“地热+”让地球变身充电宝

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  来源:《能源评论》     发布日期:2019-05-16
核心提示:未来新能源和可再生能源的发展方向,是大力发展“地热+”,将地热这一地球本土的未来能源和来自太阳系的其他可再生能源,诸如太阳能、风能、生物质能、海洋能等结合起来一并加以开发利用,打造多能互补储/供能系统——“地球充电宝”
       ——访国家地热能技术委员会名誉主任、中国科学院院士汪集暘

      凛冽的寒冬中,伴随人们对清洁供暖需求的日益增长,地热能也迎来黄金发展期。据了解,中国工程院2019年将继续设立《中国地热产业规划与布局战略研究》二期项目,聚焦重点领域和关键环节,开展针对性更强的深入研究。本刊日前采访了国家地热能技术委员会名誉主任、中国科学院院士汪集暘,他认为,地热能是一种来自地球本土的未来可再生能源,最适合分布式能源系统,当下会在清洁供暖领域发挥重要作用,未来发展方向是多能互补、一能多用,通过“地热+”让地球变身充电/热宝(简称充电宝),实现天地合一、动静结合。 

      非化石能源增长看地热 

      记者:地热是一种来自地球本土的未来能源,同时又是一种古老的能源,近期热起来的原因有哪些? 

      汪集暘:这取决于两方面因素:一是社会需求,二是资源条件。当前,我国对地热应用的需求来自于雾霾治理、节能减排、供暖制冷以及“一带一路”等多个方面。 

      同时,地热是新能源中最为现实并最具竞争力的能源之一。相对于风能、太阳能,地热是唯一不受天气、季节变化影响的可再生能源,其最大的优势在于其稳定性、连续性和利用率高。因此,在风能、太阳能等快速发展的今天,地热不能仅仅甘心做新能源家族中的小兄弟,应该受到更多的关注和重视。 

  记者:从资源情况来看,目前全球以及中国的总量如何? 

  汪集暘:从全球来看,据估算,储存于地球内部的热量约为全球煤炭储量的1.7亿倍,其中,可利用量相当于4948万亿吨标准煤,按目前世界年消耗190亿吨标煤计算,能满足人类数十万年的需求。 

  对我国而言,初步估算,0~3千米深度区间的热量在5000~50000亿吨标煤。来自中国地质调查局的调查显示,中国大陆336个主要城市浅层地热能可采资源量折合7亿吨标准煤,可实现供暖(制冷)建筑面积320亿平方米。研究显示,在回灌情景下,中国大陆水热型地热能年可采资源量折合18.65亿吨标准煤。 

      记者:实际的应用规模是否比较乐观? 

      汪集暘:人类对地热能的利用方式有三种:蒸汽发电、直接利用中低温流体以及地源热泵。 

      地热能直接利用方面,到2015年利用浅层地热能的国家已达48个,地源热泵总装机容量约为5万兆瓦,占直接利用总量约71%,其中,瑞典、德国、法国、瑞士等国家装机占欧洲64%;水热型地热装机为7556兆瓦,占比10.7%,规模较大的国家包括中国、土耳其、冰岛、法国、德国等。 

      目前我国对地热非电直接开发利用已居世界首位。截止到2015年,全国浅层地热能供暖/制冷面积达到3.92亿平方米,水热型地热能供暖面积达到1.02亿平方米,地热能年利用量约2000万吨标准煤。国家能源局2017年公布的《地热能开发利用“十三五”规划》提出,到2020年实现地热利用量达到7000万吨标准煤,即实现将近翻两番的目标。 

      记者:这个目标的支撑是国家在清洁供暖方面提出因地制宜的原则,您认为对于不同地区,有何实际意义? 

      汪集暘:推进北方地区冬季清洁取暖是能源生产和消费革命、农村生活方式革命的重要内容。今年清洁供暖工作范围在过去的京津冀“2+26”通道城市之外,又增加了汾渭平原地区。实际上,南方地区也存在清洁供暖的空间。比如长江流域地区,涉及14个省(直辖市),约1.5亿城镇人口,也可以在有条件地区,如广东丰顺、江苏南通小洋口等地,利用浅层(<200米)中低温地热资源,打造“分布式地热供暖、制冷系统”,以解决南方冬季供暖、夏季制冷(空调)问题。 

      记者:从长期来看,地热能应用的规模不断扩大,对提升非化石能源消费占比也会有一定的帮助。 

  汪集暘:是这样的,地热的规模化发展对我国能源结构调整也将发挥突出贡献。 

  到2020年,我国非化石能源消费占比将提高3个百分点。根据《地热能开发利用“十三五”规划》,到2020年将实现替代标煤7000万吨。按照2020年能源消费总量48亿吨标煤测算,届时地热占比将达到1.5%,比目前的0.5%,提高1个百分点,这意味着在非化石能源“十三五”期间3个百分点的增幅中,地热将“三分天下有其一”。 

  干热岩开发要慎重 

  记者:未来地热的主要应用领域在哪里,应坚持什么原则? 

  汪集暘:我国拥有全球最大的建筑市场(现有建筑面积>500亿平方米),若以现有建筑面积的5%,新增建筑面积的40%采用地源热泵供热,则供热面积可达32.5亿平方米,潜在市场规模1万亿元。 

  东部大中型含油气盆地如大庆、松辽、胜利等,资源潜力巨大,且这些油田已到开发后期,在转型过程中应大力开发地热,使油田变热田。 

  目前我国地热资源的开发利用应该坚持以下原则:热电并举,以热为主;深浅结合,由浅及深;东西兼顾,西电东热;干湿有度,先湿后干;一带一路,地热先行。 

      记者:对于居于技术前沿的干热岩地热开发,该如何看待? 

      汪集暘:干热岩指的是地下深处(一般>3千米),不含水的干热岩体。其实干热岩的开发利用在国际上是有界定的:温度必须≥200℃,流量必须≥80公斤/秒=288吨/小时=6912吨/天。

      目前的技术难点在于,一是深钻,二是水力压裂。往往压开后又闭合,压开后裂隙间不连通或形成短路,无法将周围岩体中的热量充分吸收进来,而且成本极高,资金回收期长,投入产出比很低。因此,我国干热岩开发必须要有新思路。 

     记者:国际上有哪些做法,对我们有什么启示意义? 

      汪集暘:自上世纪70年代,干热岩地热开发研究兴起至今,国外已经建立了试验性质的增强型地热系统(EGS)工程31项,累积发电能力约12兆瓦。 

      目前国际上的做法主要是两类:一是在现有水热系统深部找干热岩体进行开发,如美国的Geysers深部,德国的Landau;二是在没有任何天然水热系统与地表热显示的地区开发干热岩。但要完全造出一个水热系统,并不容易,比如澳大利亚CooperBasin公司,从上世纪70年代美国在FentonHill开始第一次干热岩开发现场试验,近50年的时间,至今仍没有收获。 

      总体上看,世界干热岩开发仍然处于试验和示范阶段,还没有进入工业化进程,而且在瑞士巴塞尔、韩国浦项,干热岩开采还诱发了地震。由此看来,对干热岩的开发利用要慎重决策,要走一条适合中国自己的道路,不能完全照抄别人。 

      记者:您曾说过,我国地热发电徘徊多年没有发展,该如何规划其科学之路? 

      汪集暘:地热发电平均利用效率达73%,为太阳光伏发电的5.2倍,风力发电的3.5倍且可靠性强,既可作为基本载荷,亦可作为调峰载荷。全球已有20多个国家建有地热电站,2015年,世界水热型地热能发电装机容量为1.26万兆瓦,而我国仅为25兆瓦。 

      我国西部滇藏地区特别是西藏地区能源短缺,但高温地热资源丰富,据估算,滇藏地热带可供开发的地热资源约为500万千瓦,为现已开发(羊八井地热电站25兆瓦)量的200倍,因此地热发电应该是解决西部地区尤其是西藏能源问题的最好选择。 

      记者:《地热能开发利用“十三五”规划》提出,到2020年,地热供暖(制冷)面积累计达到16亿平方米,地热发电装机容量约530兆瓦,地热能供暖年利用量4000万吨标准煤。您认为是否可以实现上述目标? 

      汪集暘:清洁供暖领域努把力估计是没问题的,发电的规划目标还要看实施的力度和决心。 

      以羊八井地热电站为例,目前装机量为25兆瓦,每年发电量达到1.4亿多千瓦时。但已开发的主要是浅层资源,储藏于地表1400米以下的“大储量、高品质”的地热资源尚未开发,这部分的总装机容量保守估计至少为3万千瓦。 

      羊八井地热田钻井深度超过1000米的四口井中,ZK4001孔井口温度高达200℃,工作压力为1.5兆帕,据估算,该井单井发电出力即达12.5兆瓦,但由于釆用了不当的发电设备,目前只能发1000千瓦电力,十分可惜。 

      终极目标是地球充电宝 

      记者:对于目前地热开发利用的支持政策,您如何评价,有哪些建议? 

      汪集暘:我国《可再生能源法》对地热能明确认定属可再生能源,其开发利用应得到应有的优惠和保护。 

      自2013年,国家就开始出台鼓励政策,现有财政和价格激励政策起到了积极的引导作用,但政策不完善,执行不到位、不充分。具体表现在:其一,相关财税法律规定缺乏可操作性,缺乏实施条款和落实细则,对优惠税率和补贴力度等激励政策没有统一确的标准,导致政策落地难;资源税税额标准偏低,不能真实反映能源消耗带来的社会成本,缺少体现可再生能源性质的“取热不耗水”的税收激励政策。其二,优惠力度不足。按照可再生能源电价附加政策要求,对地热能发电商业化运行项目给予电价补贴政策,但细化支持措施偏少且存在缺陷,比如土地使用、设备制造和产品消费的政策不明确等。其三,补贴模式不科学,支持方式有待完善。比如,目前都采用事前和生产环节补贴模式,导致效果大打折扣;直接补贴居多,缺乏市场化手段;补贴发放不及时、不到位,领取周期过长。 

      可以参照风电、光伏等扶持政策,将地热能开发纳入可再生能源基金补贴范围,并按照绿色证书制度发放绿证配额,进而落实相关企业的税收优惠,并研究制定以热(冷)量为单位进行补贴的政策。 

      记者:从2019年1月份开始,某些制造行业资质将由审核制改为备案制,这对地热能项目下放有何参考? 

      汪集暘:可以考虑将地热发电项目审批权限下放到省级地方政府层面,待条件成熟时,可试点推广特许经营权,吸引社会力量和资本参与,对参与基础性公益性地热能勘查并将数据统一纳入国家地热能大数据管理平台的企业,可优先获得特许经营资格(采矿权)。 

      记者:在您心目中,地热能开发终极模式是什么样的? 

      汪集暘:未来新能源和可再生能源的发展方向,是大力发展“地热+”,将地热这一地球本土的未来能源和来自太阳系的其他可再生能源,诸如太阳能、风能、生物质能、海洋能等结合起来一并加以开发利用,打造多能互补储/供能系统——“地球充电宝”,真正做到“多能互补、一能多用”,在实际工作中发挥更大的作用。“地热”+的内涵可以概括为“天(太阳能)/地(地热能)合一”、“动(风能、海洋能、生物质能)/静(地热能)结合”

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