中国地热直接利用规模连续多年居世界首位

所谓地热能,是指存在于地球内部岩土体、流体和岩浆体中,可为人类开发利用的热能。“我们站内利用地热能供暖,已经实现‘两采两灌’,也就是两口生产井100%全回灌。

中国地热直接利用规模连续多年居世界首位

来源:人民网    2023-08-03 14:29
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2023-08-03 14:29 
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  位于河北雄安新区科创中心中试基地的换热站。

  在云南大理洱源县牛街乡,当地居民利用地热水加热鸡蛋。

高温天气,室内制冷靠的不是吹空调,而是藏在地底下的地热能——这样的应用,您听说过吗?

最近,本报记者走进河北雄安、陕西咸阳、云南大理等地,发现除了用于制冷,地热能还就地开发供北方地区清洁取暖;在一些地热资源丰富区域,地热水助当地发展起温泉康养产业;还有些具备高温地热能资源的地区,地热能作为发电电源,与其他能源“合作互助”,保障用电稳定。

埋藏在地下的热能,如何发掘出来为人们所用?目前,中国地热能产业发展情况如何?

能供热也能制冷,地热资源保障民生用能作用不小

在位于河北雄安新区雄县鑫城小区的中国石化绿源公司人才家园换热站,站长张虎正忙着给设备“做体检”。“趁着没到供暖季,我们得做好换热设备的维护工作,给设备除锈清洗、加油润滑等,确保冬季顺利供暖。”张虎说。

这个位于地下的换热站占地面积不大,却保障着小区内3000多户家庭的冬季供暖。暖气的源头,正是埋藏在地底下的地热能。

所谓地热能,是指存在于地球内部岩土体、流体和岩浆体中,可为人类开发利用的热能。根据埋藏深度,地热能通常分为浅层地热能、水热型地热资源和干热岩。从地球表面向下至200米左右的是浅层地热资源;地下200米至3000米深度范围内且以热水形式存在的热能是水热型资源;干热岩则埋藏在地下3000米以下。

地热能“藏”得这么深,如何把它发掘出来为人们所用?业内人士介绍,这首先涉及勘探技术。如同在地下寻找油气,开采地热资源要先判断“有没有”,利用地震勘探等手段,通过地震波在不同岩层中传递的速度曲线,计算出地热能所处位置。紧接着,通过地热钻井技术,把地下的高温水等地热资源引到地面,进行利用。

“在我们换热站内,地热水经过潜水泵提取,进入旋流除砂器除砂,接着来到板式换热器进行热交换,也就是把地下高温水的‘热’提取出来,作为热源供冬季取暖利用。”张虎告诉本报记者,地热水“换”出来的热能再经过根根管道,输送至居民家中。

相较传统烧煤等取暖手段,用地热能供暖不仅环保效益高,也经济实惠不少。鑫城小区住户崔文秀告诉记者,以前自家住在村子里,主要靠烧煤取暖,常常得半夜起来添煤。“空气里都是煤灰,鼻孔熏得黢黑。”她说,“用上地热能取暖后,冬天屋子里温度能达到20多摄氏度,光着脚在地板上走也不冷。我们家103平方米,一个采暖季下来,供暖费只需要两千多元,比用天然气划算不少。”

实际上,不仅用于冬季取暖,地下埋藏的热能还可用于夏季制冷。走进雄安新区科创中心中试基地,尽管室外30多摄氏度的高温,室内却很凉爽,墙面温度计显示此时室温为25摄氏度。

“我们制冷靠的不是空调,而是浅层地热能。”中国石化绿源地热能开发有限公司总经理高小荣介绍,在园区绿地和道路底下,约有280口120米左右的浅井。通过管道,地下的热能被输送出来,经过热泵机组作用,让水和地下的岩土体进行冷热交换。“冬季,我们把岩土体中的热量‘取’出来供室内采暖,此时地下的岩土体为‘热源’。到了夏季,再把室内热量‘抽’出,释放到岩土体中,并制出约11摄氏度的冷水,通过循环泵运送到风机,把冷风‘吹’出来,起到制冷降温的作用。”高小荣说。

分布广、储量大、近零碳排放,地热能优势多也要利用好

相较煤炭、石油、天然气等人们耳熟能详的传统能源及风、光等可再生能源,地热能属于相对小众的能源资源。不过,从利用情况看,地热能很受欢迎。

数据显示,截至2020年底,中国地热直接利用规模已达40.6吉瓦,全球占比38%,连续多年居世界首位;中国地热能供热制冷面积累计达13.9亿平方米,近5年年均增长率约23%。

地热能为何受青睐?业内人士表示,这与其分布广泛、储量大、稳定可靠、碳减排效果明显等因素有关。在中国,能源资源分布通常具有区域性,比如在西北地区,煤炭和风、光等能源资源较充沛,南方地区则水资源较为丰富。但地热能分布相对广泛,且使用过程中几乎零碳排放。在“双碳”目标引导下,清洁的地热能自然备受关注。

要用好地热能,确保安全是重中之重。伴随地热资源大规模开发利用,如果地热流体补采失衡,容易造成热储层压力下降、水化学污染和热污染等问题。采访中,多位业内人士表示,要保障地热能开采利用实现安全无污染,背后的回灌技术尤其关键。

在陕西省最大的地热供能站——中国石化绿源公司迎宾路地热站,记者看到一根根银白色的管道紧密相连,组成一套回灌系统。在换热站一角,几台地热水过滤装置排放有序,根据过滤精度,被区分为初级过滤器和精效过滤器。

“我们站内利用地热能供暖,已经实现‘两采两灌’,也就是两口生产井100%全回灌。”中国石化绿源陕西公司副总经理张献喻告诉本报记者,“我们取的是地下2800米左右的热水,经过板式换热器‘取热’,再通过回灌技术,把取完热的水‘还’给地下。经过一定周期后,再通过生产井把重新聚集了热能的水‘抽’上来,实现地热水资源的反复利用,也避免了地热尾水直接排放造成环境污染。”

在地热尾水回灌的过程中,由于水中含有化学沉淀物等杂物,通常容易造成回灌井堵塞,导致回灌效率不高、不能完全回灌等问题。那么,100%全回灌是如何实现的?

“一方面,要结合地下水源等,确定回灌井和生产井的布局。另一方面,在测定生产井和回灌井时要确认好二者间距,离得太远,回灌速度慢,阻力过大;离得过近,回灌水过早到达井底,又会导致井底温度过低。同时,还得选好用哪个砂层进行主回灌等。”张献喻说,“我们的回灌系统包括初级过滤和精效过滤,前者过滤完水中的大颗粒杂质,后者再进行精细处理,过滤出的水能达到纯净水的水质标准,从而确保完全回灌。”

加大勘查,给予支持,地热能发展仍需再“扶”一把

从资源优势看,相比传统能源,地热能更清洁,符合能源绿色低碳转型的总体要求,且不存在可再生能源“靠天吃饭”等问题,理应大力开发利用好。

“地热能可以根据不同温度实现梯级利用。以中高温地热能较为丰富的云南大理弥渡县为例,45摄氏度以下的地热能可开发温泉、洗浴等康养产业;45到60摄氏度可作供暖使用;60到90摄氏度左右,供暖利用后的能量能用于温室养殖等。而90摄氏度以上的地热能则可用作清洁发电,温度越高,发电效益越高,经济性越好。”西藏地热产业协会会长王善民说。

不过,从实际情况看,尽管中国地热资源丰富,地热直接利用规模在全球居首位,但在发电领域,国内地热能发电装机容量仅超过50兆瓦,在全球占比不足1%。与风、光等可再生能源装机规模相比,50兆瓦这个数字“渺小”许多。

“一方面,我国的高温水热型资源主要分布在滇西、藏南等地区,不属于电力主要消纳地,丰富的地热资源难以用于发电,造成资源损失。另一方面,国内仍缺乏明确的地热能上网电价扶持等政策,限制了地热能发电的发展。”南京天加能源科技有限公司执行总裁邓壮说,“作为国内较早涉足地热能发电领域的企业,我们已经拥有较为成熟的地热能发电技术和相关装备,在海外也布局了地热能发电项目。但受限于上网电价等扶持政策不明,国内地热能商业发电处于停滞状态,很多企业也仍在观望。”

实际上,促进地热能发展近年被频频写入相关能源发展规划。《“十四五”可再生能源发展规划》提出,积极推进地热能规模化开发。积极推进中深层地热能供暖制冷,全面推进浅层地热能开发,有序推动地热能发电发展。国家能源局发布的《关于促进地热能开发利用的若干意见》指出,到2025年,全国地热能供暖(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。

“推动地热能产业化发展,尤其是推动地热能发电领域发展,既要加大对勘查、钻井方面的支持,加强对地热能资源分布及应用的认识,也要做好相关技术攻关,在理论、关键技术和装备方面实现突破。同时,还需加强相关政策保障,比如明确地热能发电上网电价补贴政策,加快探矿权、采矿权许可认证等,确保企业‘轻装上阵’,带动产业发展,为能源保供和绿色转型贡献地热力量。”地热能科学技术(大理)研究院院长张大伟说。

 

(廖睿灵)

【责任编辑:张瑨瑄】
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