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湖北风神胡志高:从政策和市场思考地热行业的理性发展

   2021-11-10 地热加1320
核心提示:地热行业一方面在前所未有的发展机遇需要快速发展,另一方面在目前面临的很多技术、政策、监管等问题尚需解决,作为青年地热人,深感责任重大。我们既要抓住发展机遇转化为动力,加快推动地热快速发展,又要面对发展过程中的现实问题,承担压力,勇于探索,快速解决问题,建立市场信心。


从政策和市场思考地热行业的理性发展

胡志高

湖北风神净化空调设备工程有限公司

  

1、当前能源形势下的地热发展


习总书记2020年9月提出了“3060”双碳目标,即2030年前二氧化碳排放达到峰值,2060年前实现碳中和。


美国总统拜登2021年1月正式上任第一天,就签署文件重新恢复其“3550承诺”(之前特朗普退出了《巴黎协定》),即“到2035年,通过向可再生能源过渡实现无碳发电;到2050年实现碳中和”。今年4月末,拜登公布了更快的减排目标“3050”:到2030年,美国温室气体排放量将较2005年的水平减少50%,美国经济到2050年前实现碳中和。


碳中和意味着社会经济活动的二氧化碳排放和二氧化碳吸收总和为零,相比美国经济已经比较发达,我国经济还需要快速发展,在2035年要实现社会主义现代化,以及在2050年中华民族伟大复兴的经济增长目标下,能源需求的增长和碳排放下降的约束将使得我国完成碳中和目标更具挑战性。


今年下半年以来,全球能源危机愈演愈烈,欧洲、美国、亚洲,包括中国部分城市也遭遇了能源供需矛盾的冲击,天然气、原油、动力煤价格均大幅上涨,带来一些火电、钢铁、化工等企业开始减产或停工,引发一系列经济混乱。因此我国的能源转型也迫在眉睫,在确保能源安全稳定供应的情况下,必须加快减少化石能源使用,弃煤、弃油、弃核,限制天然气,大力发展光伏、风力、水电、地热等低碳能源、可再生能源。


“十四五”是碳达峰的关键期、窗口期,国家“十四五”能源规划也明确了要构建清洁低碳安全高效的能源体系,控制化石能源总量,着力提高利用效能,实施可再生能源替代行动,深化电力体制改革,构建以新能源为主体的新型电力系统。


在全球能源转型、国家双碳目标和国家“十四五”规划中均明确了可再生能源替代化石能源的必然性和紧迫性。近期国家能源局专门把地热能应用提上了快车道:其官网于今年9月10日发布了《关于促进地热能开发利用的若干意见》,到2025年,各地基本建立起完善规范的地热能开发利用管理流程,全国地热能开发利用信息统计和监测体系基本完善,地热能供暖(制冷)面积比2020年增加50%,在资源条件好的地区建设一批地热能发电示范项目,全国地热能发电装机容量比2020年翻一番;到2035年,地热能供暖(制冷)面积及地热能发电装机容量力争比2025年翻一番。因此从能源转型大方向和国家相关政策方面,地热能应用将迎来巨大的发展。

                 

2、 地热行业市场发展历程和现状


地热能应用分为浅层地热能(地下200米范围内,低温资源,温度小于15-20℃)、中深层地热能(2000-4000米,中温资源温度在25℃~90℃,高温资源90℃~150℃)和干热岩型地热能(4000~10000米岩石中,温度大于150℃ )。中低温地热资源主要被直接用于温室大棚、洗浴、烘干、建筑供暖等;高温地热资源主要用于发电。随着技术的进步,中低温地热资源也可以逐步被用于发电。


我国地热能行业的发展只有20多年,主要应用占比约70%是在浅层地热能即地源热泵,下面从地源热泵的发展历程回顾一下我国地热行业的现状。


我国从20世纪90年代开始地源热泵的理论研究,经历了地源热泵发展起步期(1997~2005)2005年底出了第一版《地源热泵系统工程技术规范》,全国地源热泵应用面积从10万平方米发展到约800万平方米;


地源热泵发展推广期(2006~2010年),2009年出版第二版修订版国标,同时国家十一五科技支撑计划中,明确了地源热泵示范项目补贴政策,并在全国范围内陆续评审了三批示范项目,国家和地方按1:1配套补贴资金;到2010年,全国地源热泵应用面积约达到9000万平方米。


地源热泵发展鼎盛期(2011~2015年),国家十二五节能专项规划进一步要求推广地源热泵,同时出台地源热泵城市级示范补贴和集中连片示范项目补贴等政策,涌现出一大批城市级推广项目和示范县、区、镇等大型项目,加快了地源热泵规模化应用的步伐;截止2015年底我国浅层地热能利用面积约4亿平方米。


地源热泵发展理性期(2016年~2020年),国家发改委、国家能源局及国土资源部联合发布了《地热能开发利用“十三五”规划》,这是我国首个地热能产业规划,这将从政策层面上有力地促进我国地热能的快速发展。但是国家和地方补贴措施随着财政资金的计划管控逐步用完,有的甚至取消了。同时国家“十三五”节能专项规划开始大力推广绿色建筑,明确了绿色建筑的补贴政策。但在绿色建筑标识推广过程中,对建筑全寿命周期整体的“四节一环保”标准(节地、节材、节水、节能及室内品质),一定程度上控制了可再生能源在绿色建筑中的应用比例,根据一星、二星、三星级标准,地源热泵只需要满足10%-30%供暖/制冷负荷。截至2020年底,我国地热能供暖制冷面积累计达到13.9亿平方米。其中,水热型地热能供暖5.8亿平方米,浅层地热能供暖制冷8.1亿平方米。但从“十三五”规划指标来看,到2020年新增约7亿浅层地热能应用面积,实际约新增了4亿多,勉强完成规划指标的60%。可以说浅层地热能的应用进入了理性发展期。


浅层地热能经过了十年的高速发展,确实出现了一些工程实际的应用问题和技术问题,很多权威专家都在行业会议上公开提到地源热泵行业的“三分之一”概论,即:只有三分之一的地源热泵是成功的,达到了设计要求和运行效果,实测能效比超过验收标准;三分之一的地源热泵是需要完善的,可以正常运行,但没有达到节能效果,需要局部改造,进一步能效提升;其余三分之一的地源热泵是失败的,基本单独运行不起来,完全没有达到设计要求和运行效果,需要彻底改造或辅助其他冷热源。

   

目前国家开始调研全国范围内的地热资源,并鼓励因地制宜的推广应用,同时相继出台相关技术规范,对市场进行规范化监管。如国家标准的进一步修编,各省市相继出台的地方标准、行业标准:《湖北省地源热泵系统工程技术规程》、《江苏省地源热泵系统技术规程》、《湖南省地表水地源热泵系统工程技术导则》、《地源热泵系统节能监测规范(河北)》、《地源热泵系统运行技术规程》、《浅层地热能利用监测技术规程》等等。


从地源热泵上述发展历程来看,地热行业的健康和快速发展,一方面需要国家明确的政策支持,并大力推广;另一方面需要行业的规范化监管,重拾信心,两者缺一不可。


3 、青年地热人的几点思考


地热行业一方面在前所未有的发展机遇需要快速发展,另一方面在目前面临的很多技术、政策、监管等问题尚需解决,作为青年地热人,深感责任重大。我们既要抓住发展机遇转化为动力,加快推动地热快速发展,又要面对发展过程中的现实问题,承担压力,勇于探索,快速解决问题,建立市场信心。现提出以下几点思考,纯粹个人观点,仅供青年地热人探讨。


第一,针对既有地源热泵项目的“三分之一”现状问题,是否可以通过各省市成立专班,建立示范试点改造项目,建立地热+数据监测的节能改造平台。先罗列主要问题分类,比如:缺乏切实可行的施工监理操作等规范和严格的质量监管措施,运行策略较缺乏,部分项目设计施工运行水平不高,系统运行效率的监测与监管普遍缺失等。再根据实际问题分析讨论,如地下水取水工艺或回灌问题导致局部沉降,地埋管堵塞、破损导致换热效果降低,机房系统缺乏专业化运营导致能效降低,源侧和负荷侧系统设计或运行不匹配导致末端效果很差等等。这些因素影响了地源热泵的市场表现,也使得部分用户对地源热泵技术产生怀疑,影响了浅层地热能技术的进一步发展,必须逐个解决,才能逐步建立行业信心。


第二,地热行业协会除了组织必要的技术交流论坛外,是否可以尝试承担行业监管作用,在高校科研课题、设计院施工图纸、施工企业项目施工过程、设备材料厂家生产制造等之间建立互动交流,相互抽查监管,提高科研、设计、生产、施工等各个环节的质量把控,并在相关单位之间建立奖励与问责体系。


第三,如何进一步深耕地热领域,沉淀创新成果,有效转化为社会效益和经济效益。很多企业专利大部分为应付高新企业的三年评审,没有实际成果转化产生效益;高校及设计院大部分专利仅仅用于理论研究、职称评审、课题申请或科研报奖等。需要把高校研发成果、市场实际需求、企业技术优势和科研设计单位有效结合并联动起来,既满足市场需求,又能发挥各自优势,形成合力,真正沉淀技术成果,避免大家各自为政,流于形式。


第四,真正实现地热能的梯级利用,温度对口,深浅结合。目前浅层地热能应用占比较高,中深层地热发展相对缓慢,主要是钻探成本过高,水热型受地质条件影响较大,还有回灌问题等;中深层地埋管换热效率相对较低,换热效率需要提升和初投资需要降低,否则没有推广优势;“取热不取水”的单井回灌换热系统,要真正解决“热短路”的问题,长期稳定的换热效率难以保证。在双碳目标下,浅层与中深层工艺上必须结合发展,利用好200米——2000米的地下换热空间,降低成本,提高换热效率。浅层地热能也要因地制宜,不能盲目推广,如:地下水和浅表水要慎用,尽量采用闭式换热形式取热不取水;地埋管要往高效换热器方向推广,比如桩基埋管、套管式换热器、冰源热泵等,同时要降低成本,进一步提高性价比;污水源热泵可以结合城市建设配套做原生污水,在城市内就近建设换热站,水温较好利于推广,能效比较高,当然也可以结合污水处理厂的中水,但输配管网会较长。


第五,关于北方集中供暖及寒冷地区的煤改地热尝试。东北大面积居民限电引起的集中供暖问题,当务之急,解决民生问题。针对集中民用建筑,建立集中地热能源站(浅层+中深层),集中管网分户供应;农村宅基地比较分散的地方,建议单户煤改地热,一户一机,1-2口井的地源热泵。主机选型时地埋侧出水温度和温差均能低于4度,水泵选型匹配,做大流量小温差,末端出水温度不要高于45度,末端尽量采用风机盘管或暖风机,保证供暖效果,但是要标准化设备、批量定制,便于控制成本,没有经济性和实用性的持续保证,强行推广煤改地热只会昙花一现。


第六,地热能的规模化应用,必须具有较大的经济性优势,以下几个方向可以探讨:一是浅层地热能中的江/海水源热泵,在有条件的园区或城市,可以做百万平米的集中能源站;二是中深层水热型地热能,在水量和水温条件好的情况下,高温资源可以发电,中温资源一对井可以供应至少十万平米供热,若低温尾水结合热泵提升,进一步梯级利用,还能供应几万平米供暖;三是集中住宅或公寓或住宿类酒店等建筑冷热负荷指标较小的建筑群,其装机容量折合单位面积指标更低,无论结合何种地热能技术集中应用,从投资成本和运行成本上,相比常规能源都有较好的经济性优势。


第七,民营企业需与国企央企多种模式合作,利于快速推动地热能规模化应用。国企央企有资金和资源优势,但地热能推广项目并不多,市场一直难以全面打开,问题在于其集中在源侧能源销售服务的惯性思路,难以满足用户多元化和差异化的用能需求,即最终需求侧的节能服务响应没有完全打通。而民营企业的优势正好在于灵活的商业模式和技术优势,如果能有效结合国企央企的资金和上游资源优势,以最大化满足不同用户差异化能源需求和最大化降低用户能耗为目的,共同努力全面打开地热能万亿级投资市场将是指日可待。


(注:原文刊登于2021年10月刊《中国地热》杂志,作者系湖北风神净化空调设备工程有限公司武汉公司总经理、中国技术监督情报协会地热产业工作委员会青年委员会委员)


责编:lj


 
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