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地热资源可以这样利用

文章来源:河北新闻网                   发布时间:2018-11-22
摘要:向地球深部进军,地热资源被寄予调整能源结构,实现绿色、清洁、低碳、可持续发展的厚望。

京津冀地热资源梯级综合开发利用(献县)科研基地内的地热发电系统。 记者袁伟华摄

[阅读提示]

“有深度就有温度”。

向地球深部进军,地热资源被寄予调整能源结构,实现绿色、清洁、低碳、可持续发展的厚望。

我省的地热资源开发利用始于20世纪八十年代,目前主要用于地热供暖、疗养洗浴、种植养殖等,这远远没有发挥出地热资源宝藏的全部作用。

近日,京津冀地热资源梯级综合开发利用(献县)科研基地发布阶段性科研成果,宣布以地热发电、供暖两级利用为先导的梯级综合开发利用模式初步形成。

在能源结构调整,尤其是大力推动清洁能源的背景之下,河北地热资源利用现状如何?记者对此进行了调查。

地热利用多一级

京津冀地热资源梯级综合开发利用(献县)科研基地内的地热井。 记者袁伟华摄

10月24日,沧州献县东北部梅庄洼农场,京津冀地热资源梯级综合开发利用(献县)科研基地坐落在农场主路旁边,显得很不起眼。

不久前,这个基地召开阶段性科研成果发布暨学术研讨会,宣布京津冀地热资源梯级综合开发利用模式初步形成。

这个看起来平淡无奇的基地,藏着什么样的秘密?

“奥秘在脚下2000米-4000米的地下。”省煤田地质局水文地质队总工程师牛小军跺了跺脚,指着一口用水泥筑就井口的深井告诉记者,这是一口深4000米的地热井,旁边还分布着2000米和2500米深的两口地热探采结合井。科研基地通过这三口井,打开了一个地热资源利用的全新“空间”。

为积极推动全省乃至京津冀地区能源消费结构调整,促进地热资源高效利用,建立可复制、可推广的新模式,从2017年开始,省煤田地质局与自然资源部中国地质调查局水环所在前期地热勘查的基础上,联合浙江陆特能源科技有限公司,在献县共同建设了京津冀地热资源梯级综合开发利用(献县)科研基地。

牛小军介绍,这个基地的技术成果主要体现在两个方面,一是在3790米探获“高于庄组”新的中温热储层,其中地热科学探测孔孔底温度近110℃,孔口温度103.5℃,是目前华北平原区此类热储探测到的最高温度。

另一个成果是,科研基地综合利用“高于庄组”和“雾迷山组”热储地下热水,实现首期280千瓦地热发电和3万平方米建筑物供暖两级综合利用,形成了京津冀深部碳酸盐岩热储高效利用新模式,两级地热能综合利用率达到75.8%,达到了国际先进水平。

“简单来说,我们利用新探获的地热资源,在京津冀地区率先实现了地热发电,并进一步探索了多级利用。”牛小军说。

这里的地热能发电?

记者看到,与普通电厂迥然不同的是,除了隐藏在地下的三口井和由密密麻麻的管网连接着的几组集装箱式设备之外,这里似乎没有任何跟发电沾边的设备。

牛小军说,地热发电是以地下热水和蒸汽为动力源的一种发电技术,实际上就是把地下的热能转变为机械能,然后再将机械能转变为电能的能量转变过程。

“地热水出来之后,进入我们装配的有机朗肯循环(ORC)发电机组,进口温度为95℃,出口温度为72℃。”牛小军说,目前基地的地热发电供科研基地自身日常使用。

但这个供自身使用的地热发电机组,对整个京津冀地区来说却有特殊意义。

“当前,我省能源消费结构不尽合理。来自省能源局的数据显示,2017年在全省能源消费结构中,煤炭消费占比达83.71%,而全国平均水平为60.4%。能源结构调整势在必行。”省煤田地质局副局长张贵双表示,地热是一种清洁、高效、可循环利用的能源。我省地热资源丰富,地热资源储量位居全国前列,具有资源丰富、分布广、易开采等特点。大力开发利用地热,对于我省能源结构调整具有重要的现实意义。

在中国工程院院士武强看来,当前京津冀地区乃至全国地热资源开发利用方式较为单一,主要用于供暖、洗浴等,综合利用或梯级利用程度较低,未形成区域特色产业。尤其是在地热发电领域,尚没有规模化、持续性的地热发电项目。

而此次基地的科研成果,应用ORC发电技术,平均发电效率高达10%,在国内外同等资源和环境条件下,实现了较高的地热发电效率。

据测算,科研基地地热发电项目全年运行8000小时,年平均发电256万度,可替代标准煤1024吨,减排二氧化碳2443吨。

“虽然目前科研基地发电规模还不是很大,但示范意义却十分重大。科研基地的成果,将为京津冀地区特别是雄安新区乃至全国中低温地热发电提供可复制、可推广的新技术、新应用。”科研基地首席科学家、中国地质调查局水环所副总工程师王贵玲说。

终极目标是“吃干榨净”

梅庄洼农场地热供暖管道。记者 袁伟华摄

11月7日,立冬,受一股冷空气影响,整个华北地区气温骤降。

但是,梅庄洼农场的老职工王献生对今冬的取暖问题一点也不担心。因为科研基地发完电之后的地热水,仍可以70℃左右的温度进入农场的供热管道,为700多职工3万多平方米的生活和办公用房供暖。

这是对地热水的二级利用。

王献生曾经关注过泵房里的水温数据,去年,地热供暖的供水温度是62℃,回水温度竟然还高达55℃。

“屋里不能加太多暖气片,否则会特别热。”王献生说,以前过冬烧了40多年的炉子,现在可以像城里人一样用暖气了,“关键咱还是地热,一点污染都没有。”

7公里以外的献县县城,绝大部分的城区集中供暖面积,都是用地热来供暖的。

“献县地热田是华北地区最优质的地热田之一,中低温地热田在全县境内均有不同程度的分布。”王贵玲给记者做了个简单科普,献县正好位于地质学上的沧县台拱带上,地热水埋藏深度适中、温度高、水量大、易回灌,这为献县较早用上地热资源创造了条件。

献县副县长王展鹏介绍,献县早在1999年就将地热应用于县城供暖。十几年来,县里不断研究和引进新技术、新工艺,扩大地热供暖面积。

到2017年底,全县城区地热供暖面积352万平方米,占城区集中供暖面积的99.2%,每年节约燃煤3.5万吨,减少二氧化碳排放8.4万吨,减少烟尘排放296吨。

而距献县70公里的雄县,也已探索出地热代煤取暖的方式。

据了解,雄县地热资源也非常丰富。全县约六成面积蕴藏地热资源,地热水储量821亿立方米,地热出水温度最低也有55摄氏度,可替代66.3亿吨标准煤。

如今,雄县建成区已淘汰燃煤锅炉,实现地热集中供暖,积极推进地热供暖替代农村散煤供暖,每年可替代标准煤12万吨,县城基本实现二氧化碳、二氧化硫和粉尘零排放。

近年来,我省在大力推广清洁供暖,实行“电代煤”“气代煤”等新型供暖方式的背景下,利用地热供暖已经成为不少地热资源丰富地区的新选择。

记者采访得知,我省明确,今年在石家庄、保定、沧州、衡水、邢台、邯郸等6个设区市和定州、辛集两市的平原地区,优选地域相对集中的试点村开展不超过2000户地源热泵取暖试点,为农村地区地源热泵和地热取暖的规模化推广积累经验。同时,选择条件较好的中心村和特色小镇,因地制宜打造“地热村”和“零碳小镇”示范项目。

从利用比重上来看,我省地热资源目前主要应用于三个方面:供暖、疗养洗浴、农业种植养殖。

以献县为例,在开发利用占比中,供暖占到了97.2%,洗浴占1.5%,种植占0.17%。

此外,还有少量地热被应用于工业生产。

比如,在燕京啤酒有限公司,啤酒制作的蒸煮、糖化、发酵、糊化等工艺流程中,大量采用地热能,年节约标准煤8千余吨。舒美牙刷有限公司年产各类牙刷2.5亿支,该公司充分利用地热能对牙刷进行整形,节约大量替代能源。

然而,在省煤田地质局地质科技处处长李学文看来,把地热资源主要用于温泉洗浴、供暖,还没有充分挖掘出地热的综合效益。

“将宝贵的地热水从地下抽上来后,简单地使用一次就回灌回去,这是巨大的浪费。”李学文说。

探索地热资源梯级利用的目标,就是要探索如何科学地将一次性抽取上来的地热水进行多级利用,将其中的能量“吃干榨净”,再环保、规范地回灌到地下。

导致地热无法实现梯级利用的原因有很多,比如地热田的自身条件不具备、综合应用的技术水平不够、前期开发的资金投入不足、模式不够成熟等。

不过,科研基地将地热的梯级利用模式变成了现实:利用先进的ORC发电技术,地热水先用于地热发电;随后,发电尾水进入供暖管道进行供暖。最后将“吃干榨净”后的低温尾水经过处理后,科学、环保地回灌到地下。这形成了“一次取水、多次利用”的地热水梯级利用新模式,实现了地热资源效益的最大化。

据介绍,科研基地地热能综合利用率达到75.8%。财务分析显示,静态投资回收期为7.75年,内部年收益率为12.16%,高于行业平均水平,具有较好的经济性。

未来,科研基地还可开展特色农业利用,达到地热发电、供暖、农业种植养殖三级利用。

梅庄洼的科研基地,建设规划用地足足有22万平方米,其中20万平方米为一般农田用地,未来将建设地热生态农业园,2万平方米用于建设地热发电、地热供暖试验站等。

“目前京津冀及周边地区是全国大气污染最严重的区域。”武强认为,献县科研基地梯级综合利用的新模式,将为京津冀地区乃至全国地热资源规模化开发利用提供可借鉴、可复制的新模式,对于京津冀地区乃至全国优化能源结构、改善大气环境、发展循环经济具有重要的示范意义。

王贵玲表示,科研基地使用的技术先进,运行效果良好,具有很好的示范效应和推广前景。

科学回灌是保护关键

京津冀地热资源梯级综合开发利用(献县)科研基地效果图。 记者袁伟华摄

地热利用,前景广阔,但地热井回灌不到位是目前地热利用进程中亟待解决的现实问题。

牛小军表示,深层地热能资源往往埋藏深,地下热水补给缓慢且补给量小,若长期无回灌地持续开采,必将造成地下水位持续下降,不但会造成地热能源浪费,而且会导致地热资源枯竭。

“地热资源梯级综合利用的关键一环,是要对充分利用的地热水进行科学回灌。”牛小军表示。

然而,为什么地热水回灌这么难?

有业内专家表示,首先,由于各地区地热资源勘查程度、评价精度较低,有些地区对资源承载力的底数摸不清,在地热资源的开发、利用、保护方面规划不足,导致过度开采或无序使用情况较多。

其次,目前回灌井造价不菲,视不同地质条件,打井的成本在每米1500元-2000元。而且现阶段岩溶裂隙型热储回灌技术已经比较成熟,孔隙型热储回灌技术仍需进一步完善。

牛小军说,献县科研基地探索的梯级综合利用模式,一组地热井要包括1∶1或1∶2的回灌井,且回灌地热尾水要经过处理,不产生污染。

在献县,当地以科学规划为前提,探索实施采灌结合和弃水利用等技术,培养全民节约意识,在地热资源勘探、开发、利用、保护等方面走出了一条低碳循环经济的发展路径,形成了具有献县特色的地热经济发展模式。

王展鹏说,献县自2012年即开始进行回灌井实验,目前,该县所有取暖地热井已全部实现回灌,但尽管如此,回灌量仍达不到100%,仍会有少量尾水流失。

为彻底解决这一问题,献县和省煤田地质局水文队合作,正积极研究新型利用和回灌方式,确保实现100%回灌,确保科学、持续地利用地热资源。

张贵双说,《河北省地热能开发利用“十三五”规划》中对全省地热能的开发利用有一条基本原则,即坚持管理促发展,开发保护并重。未来成熟后的地热资源梯级利用模式,不仅能够大大提高地热资源的综合利用率,还将按照“采灌平衡”“取热不取水”的原则,实现资源开发与环境保护双赢。 (记者袁伟华)

■记者观察

地热发电如何“热”起来

虽然科研机构和企业对地热发电信心满满,地热发电技术也日趋成熟、模式不断创新,但离“热”起来还有一段距离。

在国内,除了1977年建成并沿用至今的西藏羊八井地热电站之外,国内地热电站可谓乏善可陈。

2017年1月,国家发改委印发《地热能开发利用“十三五”规划》,规划中对于地热发电提出了新增地热发电装机容量500兆瓦的目标。但是据了解,目前全国地热发电装机仅为30兆瓦。

事实上,目前地热发电在技术上已日趋成熟,500兆瓦的目标并不算大,但是在缺乏电价补贴支持的现实情况下,地热发电很难起步,有没有电价补贴成为地热发电能否“热”起来的关键。

早在20世纪70年代全球石油危机时,我国地热发电行业曾进入一个短暂的发展期。

“当时中国的地热发电技术水平在国际上一度走在前列,但现在我国排名已经跌落到18位左右。”曾经成功设计和开采了羊八井地热田高温深井的中国工程院院士多吉坦言,“我国地热发电行业正在陷入‘不了解、不理解、不支持’的‘三不曲’之中。”

2013年1月,国家能源局、财政部、国土资源部、住房和城乡建设部联合下发了《关于促进地热能开发利用的指导意见》,其中提出完善价格财税扶持政策。

按照可再生能源有关政策,中央财政重点支持地热能资源勘查与评估、地热能供热制冷项目、发电和综合利用示范项目。按照可再生能源电价附加政策要求,对地热发电商业化运行项目给予电价补贴政策。

但是,关于电价补贴的政策迟迟没有落地。

在国外,许多国家针对地热发电已经采取了实质性的支持,比如,法国地热发电上网电价补贴后可以达到26欧分(约2元)/度,德国则为25.2欧分/度。

多吉表示,让地热发电“热”起来,不仅仅是电价,包括土地使用优惠、优先上网保障等多个方面,都需要国家层面的系统政策支持。



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