“地熱+”的多能互補方案成雄安新區供暖方案

“雄縣沒(méi)有煙囪，你看，這里是無(wú)煙城。”中國石化綠源地熱能開(kāi)發(fā)有限公司(下簡(jiǎn)稱(chēng)“綠源公司”)技術(shù)總監孫彩霞驕傲地說(shuō)。

雄縣位于河北省中部，距北京約110公里。中國北方城市取暖大多使用燃煤，致使華北、東北地區的冬季空氣質(zhì)量一直不佳，河北多個(gè)城市尤甚。但這個(gè)地處京津冀中心的小縣城，由于從2009年開(kāi)始大規模使用地熱能集中供暖，形成在國內具有樣板意義的地熱開(kāi)發(fā)利用“雄縣模式”，徹底擺脫了冬季燃煤供暖帶來(lái)的種種問(wèn)題。

如今，地熱能供暖已覆蓋全縣95%以上的建筑。據綠源公司統計，2013年雄縣地熱供暖CDM(清潔發(fā)展機制)項目在聯(lián)合國注冊后，核證的二氧化碳年減排量為10萬(wàn)噸。以一棵樹(shù)每年可吸收二氧化碳18.3千克計算，相當于種植了500多萬(wàn)棵樹(shù)。

今年4月，設立雄安新區的消息公布后，新區內雄縣的熱能開(kāi)發(fā)備受關(guān)注。據公開(kāi)資料，雄安新區啟動(dòng)區面積為30平方公里，將構建成“藍綠交織、清新明亮、水城共融、多組團集約緊湊發(fā)展的生態(tài)城市”，“地熱+”的多能互補方案成為率先被提出的供暖方案，配套補充能源也依然以天然氣、太陽(yáng)能、風(fēng)能等清潔能源為主。

國內公認最好的一塊中深層地熱田

孫彩霞還記得，2009年10月28日公司與河北雄縣人民政府簽訂《開(kāi)發(fā)雄縣地熱資源合作協(xié)議》的那天，正好下著(zhù)大霧。雄縣位于白洋淀的東北方向，守著(zhù)366平方公里的湖，下霧是常事。但她當時(shí)還不知道，此前冬天因為地熱水直接排放到地表，縣城水汽繚繞，比下霧還嚴重。

在現年49歲的雄縣縣委宣傳部副部長(cháng)王金鎖記憶中，雄縣地熱的發(fā)現，源于華北油田的勘探。這是上世紀70年代由時(shí)任全國科協(xié)副主席、中科院副院長(cháng)李四光開(kāi)啟的全國“地熱會(huì )戰”成果之一。大約在1973年，雄縣開(kāi)始有“地熱供暖”的概念。

“所謂地熱，就是巖石和地下水里面的熱。”中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所地熱資源研究中心主任龐忠和向《中國新聞周刊》解釋。在所有地熱形式中，水熱型最容易開(kāi)采利用，直接把熱水抽上來(lái)利用;如果地下水不夠，還可以人工注水，通過(guò)和巖石交換熱量，注入涼水，抽出熱水。

太陽(yáng)能、風(fēng)能有不穩定性，天然氣燃燒后仍會(huì )產(chǎn)生二氧化碳、一氧化碳、水蒸汽等排放物，相比之下，地熱是最穩定、最清潔的零排放綠色能源。

“雄縣水質(zhì)好，地熱水打上來(lái)直接就能用。很多人隨便打口井，就弄個(gè)澡堂子經(jīng)營(yíng)。”王金鎖對《中國新聞周刊》回憶說(shuō)，不少澡堂附近居民接個(gè)管子把熱水引到家里取暖，就成了“地熱取暖”。那時(shí)開(kāi)發(fā)不具規模，打井后地熱水能自噴到地面以上十幾米高。

雄縣所處地熱田屬于牛駝鎮地熱田。1988年出版的《華北地熱》一書(shū)中記載了牛駝鎮地熱田的熱儲優(yōu)勢，“埋藏淺、水溫高、儲量大、水質(zhì)好”。孫彩霞說(shuō)，“這是國內公認最好的一塊中深層地熱田”，打到地下1500至2000米就有熱水，而在中國其他地方，獲得同樣溫度的地熱資源通常要打到地下3000多米;雄縣地熱水的溫度也很高，常年在60至80攝氏度之間，特別適合實(shí)現梯級利用;出水量平均為每小時(shí)50至70立方米，部分地區可達每小時(shí)120立方米;同時(shí)，地熱水礦化程度低，基本可直接使用，不易對管道造成腐蝕。

雄縣的學(xué)校、醫院甚至個(gè)人紛紛打井取暖。“地熱能與其他礦產(chǎn)資源不同，不能直接買(mǎi)賣(mài)，時(shí)間長(cháng)就冷了，沒(méi)人覺(jué)得其中有經(jīng)濟價(jià)值。”綠源公司副總經(jīng)理陳蒙輝說(shuō)，因此最初開(kāi)發(fā)時(shí)也沒(méi)有過(guò)多限制。當時(shí)，縣國土資源局下設專(zhuān)門(mén)的地熱辦，只要申請，一般都能得到批準。

這種狀況一直持續到2000年前后。房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)進(jìn)入熱潮，如果小區有地熱供暖，價(jià)錢(qián)就高，全縣的小區紛紛打熱水井。當時(shí)沒(méi)有回灌技術(shù)，地熱水使用過(guò)后，就直接排到地表。

雄縣西南方有個(gè)巨大的“溫泉湖”。雄縣縣委宣傳部副部長(cháng)王金鎖說(shuō)，這個(gè)湖本是個(gè)很小的自然湖，2000年前后，大量開(kāi)采出的地熱水無(wú)處排放，都排到湖里。湖面越來(lái)越大，誰(shuí)也不知道水有多深。地熱水排出后依然有三四十度，湖水冬季不結冰，蒸發(fā)后在地面五六米高的空中形成霧氣帶，整個(gè)縣城如在仙境。有的小區隨意挖個(gè)排水坑，坑里水滿(mǎn)了，外溢到公路上，地面結冰后形成交通安全隱患。

不只如此，雄縣地下水位也在迅速下降。自2000年后，每年地下水位下降十米左右， 2008年11月，雄縣副縣長(cháng)王育新剛一上任，就遇到了“大麻煩”——許多熱水井不再自噴，很多小區冬季沒(méi)有取暖的地熱水了，開(kāi)始有居民為此上訪(fǎng)。王育新說(shuō)，他當時(shí)感覺(jué)到這件事單靠政府不好管，“還是得由市場(chǎng)來(lái)”。

西學(xué)中用

早在2006年，為解決地熱無(wú)序開(kāi)發(fā)現狀，雄縣政府國土資源局就從國家開(kāi)發(fā)銀行貸款1000余萬(wàn)元，成立了專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)雄縣地熱資源的綠泉公司。同時(shí)規定，縣城規劃區域內，不再允許新增私人地熱井，今后將由綠泉公司統一負責地熱供暖。綠泉公司打了6眼地熱井，但很快就已經(jīng)無(wú)法跟上房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)的速度了。

取暖是北方冬季極重要的民生問(wèn)題。雄縣政府于昌從2009年初起就組織研討會(huì )，到北京各大院校和科研單位咨詢(xún)相關(guān)專(zhuān)家，試圖解決地熱供暖的困境，最后明確，有兩個(gè)環(huán)節必須解決：首先，必須引入地熱水回灌技術(shù)，以解決水位下降和環(huán)境污染問(wèn)題;其次，政府已經(jīng)沒(méi)錢(qián)了，要尋找充足的資金。更為迫切的是，一切要趕在當年供暖季到來(lái)前完成。

雄縣全縣約六成土地蘊藏地熱資源，一直吸引著(zhù)國內外能源專(zhuān)家前來(lái)考察，中國石油化工總公司(下稱(chēng)“中石化”)新星石油公司(下稱(chēng)“新星公司”)也在其中。新星公司是中國最早涉足地熱開(kāi)發(fā)業(yè)務(wù)的國有企業(yè)，旗下有一家專(zhuān)事地熱開(kāi)發(fā)的國有企業(yè)，其下屬綠源公司是一家中冰合資企業(yè)，成立于2006年，總部坐落在有“中國地熱城”之稱(chēng)的陜西省咸陽(yáng)市。

冰島是地熱開(kāi)發(fā)利用技術(shù)最先進(jìn)的國家之一，其地熱開(kāi)采能力已可以開(kāi)采深達地下4公里、高達374攝氏度以上的“超臨界流體地熱資源”，地熱能取暖覆蓋了全國約九成居民，約三分之一的電力來(lái)自地熱發(fā)電。

中國向冰島學(xué)習地熱開(kāi)發(fā)技術(shù)可以上溯到上世紀。從1979年起，陸續有90多位中方人才前往冰島接受地熱方面的培訓。今年56歲的龐忠和就是1988年赴冰島聯(lián)合國大學(xué)地熱學(xué)院進(jìn)修的第十批學(xué)生之一。“當年中國就我一個(gè)人去，全班只有6個(gè)人，都來(lái)自亞非拉國家。”

王育新回憶說(shuō)，這使他們想到，是否可以考慮與新星公司合作，既可利用國有企業(yè)的資金優(yōu)勢，又可以學(xué)習到冰島的先進(jìn)技術(shù)，一舉解決兩大難題。電話(huà)打過(guò)去，新星公司也正在尋找在中國中東部地區發(fā)展的機會(huì )，于是一拍即合。

合作談判結束時(shí)，王育新一算時(shí)間，還有不到3個(gè)月就要供暖了，但雄縣政府、中石化、冰島三方簽約時(shí)間定在2009年10月28日，根本來(lái)不及。“得讓他們先干”。

8月26日，簽合同前兩個(gè)月，陳蒙輝帶著(zhù)6個(gè)人項目組入駐雄縣。當時(shí)，雄縣只有雄州路一條主干道，路上連公交車(chē)站都沒(méi)有，不遠處就是大片麥地。項目組以雄州路上一家三層樓的酒店為根據地，馬路對面的小區還在建設施工，那里就是他們第一年試點(diǎn)供暖的地方之一。

孫彩霞也在這時(shí)作為冰方代表來(lái)到雄縣。之前，她也曾在聯(lián)合國大學(xué)冰島地熱培訓中心進(jìn)修，之后一直在冰島極地綠色能源公司任職。

孫彩霞對《中國新聞周刊》介紹說(shuō)，首先要解決的是地熱水回灌問(wèn)題，目前采用的技術(shù)，是將開(kāi)采上來(lái)的地下水，通過(guò)換熱器“取走”熱量，之后再回灌到地下同一水層，以保持地下水位的平穩。這一過(guò)程被稱(chēng)為“同層回灌”，早在1988年之前，法國巴黎就采用了這種技術(shù)，他們稱(chēng)之為“對井采灌”。過(guò)去，一般采用一口生產(chǎn)井一口回灌井的“一采一灌”模式。在雄縣，為了提高地熱井的使用效率，陸續開(kāi)發(fā)出“兩采一灌”和“五采三灌”的地熱井群模式。

而“取走”熱量，采用的也是取熱不取水的間接換熱法。簡(jiǎn)單說(shuō)，先由生產(chǎn)井將地熱水抽出，經(jīng)軟化處理降低腐蝕性后，流入板式換熱器取熱，然后由回灌井將冷水重新注回地下水層;與此同時(shí)，另一套自來(lái)水循環(huán)系統將“熱”從換熱器上取走，經(jīng)由錯綜蜿蜒的不銹鋼管道送到千家萬(wàn)戶(hù)，溫度降低后，回到換熱站重新取熱，如此循環(huán)往復，達到“取熱不取水”的效果。

這個(gè)過(guò)程頗為類(lèi)似人體內氧氣在血液中的循環(huán)：肺泡從吸進(jìn)的空氣中獲得氧氣，之后廢氣被排出體外;與此同時(shí)，動(dòng)脈血中的血細胞從肺泡里取走氧氣，運送到身體各個(gè)部位，變成含氧量低的靜脈血后，再回到肺部取氧。

雄縣地下水資源溫度高也是巨大的優(yōu)勢。為了提高使用效率，新星公司采用的是梯級化利用技術(shù)。剛開(kāi)采上來(lái)的地熱水，溫度高達70至80攝氏度，經(jīng)過(guò)一級換熱板后最先為散熱器用戶(hù)供暖;約50度的一級地熱尾水進(jìn)入二級換熱板，之后為地板輻射用戶(hù)供暖;約37度的二級地熱尾水進(jìn)入三級換熱板后，再經(jīng)熱泵機組提溫也可為地板輻射用戶(hù)供暖;地熱尾水利用到20度左右進(jìn)行回灌。

從2009年至今，雄縣已開(kāi)發(fā)90余口采熱井和回灌井，供暖面積由40多萬(wàn)平方米增加到450萬(wàn)平方米，增長(cháng)了10倍多，雄縣95%的建筑實(shí)現了地熱能供暖。

在新星公司雄縣一處換熱站，《中國新聞周刊》記者看到，換熱站占地約700平方米，在整個(gè)換熱站內部，粗細不一的管道盤(pán)根錯節，均由銀色保溫管包裹，電腦監控遍布全站，各項數據可直接在位于辦公樓二層的“地熱調控指揮中心”時(shí)時(shí)監測。從2009年至今，雄縣已建成了36座換熱站。

孫彩霞介紹說(shuō)，原本每個(gè)換熱站配備了三四名值班人員，隨著(zhù)電子監控技術(shù)的廣泛使用，即將采用無(wú)人值守模式，未來(lái)還將修建一座中央監控中心，可直接監控各個(gè)換熱站的運轉情況，甚至可以根據天氣的變化調節輸出的溫度。“數據通過(guò)傳感器傳到系統上，報表直接輸出，這是最先進(jìn)、最直接、最高效的方式，也是未來(lái)要推廣的方式。”

技術(shù)提升了，但價(jià)格依然低廉。目前雄縣取暖費為16元/平方米，比原來(lái)燃煤供暖時(shí)期還少了10元。

如何復制“雄縣模式”

2011年8月18日，新星公司又與容城縣政府簽訂地熱開(kāi)發(fā)協(xié)議。整套合同參考、復制了雄縣模式。目前容城已開(kāi)發(fā)了20口地熱井，供暖面積達到200多萬(wàn)平方米。

2014年2月，全國地熱能開(kāi)發(fā)利用現場(chǎng)交流暨地熱能利用工作會(huì )議在雄縣召開(kāi)，黃河以北各省發(fā)改委的相關(guān)人員都來(lái)到雄縣。在這次會(huì )議上，新星公司提出了地熱開(kāi)發(fā)的“雄縣模式”：通過(guò)以地熱為主的集中供熱代替傳統燃煤。他們總結，“雄縣模式”的成功得益于“四個(gè)統一”：統一政策，由政府統一制定地熱勘探、開(kāi)發(fā)、運行維護、暖費貼費收取等方面的優(yōu)惠政策;統一管理，成立地熱管理辦公室，對地熱能的綜合利用進(jìn)行統一管理;統一規劃，編制的地熱發(fā)展專(zhuān)項規劃，納入城市建設和經(jīng)濟發(fā)展總體規劃之中;統一開(kāi)發(fā)，授予新星公司地熱資源開(kāi)發(fā)特許經(jīng)營(yíng)權，進(jìn)行整體開(kāi)發(fā)。時(shí)任國家發(fā)改委副主任、國家能源局局長(cháng)吳新雄在考察了雄縣的地熱開(kāi)發(fā)情況后，將“雄縣模式”總結為“政府主導，政企合作，技術(shù)先進(jìn)，環(huán)境保護，百姓受益”，認為可以作為一個(gè)樣板在全國推廣。

龐忠和分析說(shuō)，從管理角度看“雄縣模式”，最大的優(yōu)勢是“一家主導，統一管理”。比如，以往的地熱開(kāi)發(fā)，地熱井權屬分散，沒(méi)有形成規模，無(wú)法實(shí)現統一管理，各家分頭行動(dòng)，零敲碎打，大家比賽打井用熱，卻都不回灌，造成巨大的資源浪費和地下水位下降等環(huán)境風(fēng)險。

而雄縣采用的模式是，政府將全縣地熱資源的特許經(jīng)營(yíng)權全部交給綠源公司，之后由綠源公司負責收購社會(huì )私井，改善供暖管網(wǎng)，最終形成了統一管理和調配，這時(shí)科研就發(fā)揮了最大作用。雄縣地熱開(kāi)采形成規模之初，龐忠和受邀帶領(lǐng)科研團隊進(jìn)入雄縣，著(zhù)重研究尾水回灌問(wèn)題，用現場(chǎng)實(shí)驗和數學(xué)模型技術(shù)，對地熱儲的溫度分布、滲透性分布等指標提出專(zhuān)業(yè)化意見(jiàn)，以達到最優(yōu)化可持續開(kāi)發(fā)，支撐規模效益。

雄縣的地熱開(kāi)發(fā)模式，是否可以復制到中國更廣大的北方地區?

據估計，中國擁有全球約六分之一的地熱資源，地熱能發(fā)展潛力巨大。其中，以青藏高原為核心，北至新疆喀什，南到滇西、川西，蘊藏著(zhù)極為豐富的高溫地熱。如西藏八井地熱電站使用的地下熱水，最高溫度可達260度;四川西部的康定，地下200米就可達到218度的高溫，特別適合開(kāi)發(fā)出來(lái)用作高溫發(fā)電;東部也有豐富的中低溫地熱資源，主要集中在松遼盆地、渤海灣盆地、江漢盆地等處，冬可供采暖，夏可供制冷。然而截至2015年，中國的地熱發(fā)電量?jì)H為冰島的15%。

龐忠和對《中國新聞周刊》說(shuō)，根據中國現在的經(jīng)濟和技術(shù)水平，想要低成本、高效率地開(kāi)發(fā)地熱，應先到地熱集中的地區，既要資源充足又要市場(chǎng)需求方可擴大規模，才能將“雄縣模式”加以復制。

對于資金問(wèn)題，龐中和持樂(lè )觀(guān)態(tài)度。他說(shuō)，現在已有越來(lái)越多的民營(yíng)企業(yè)進(jìn)入地熱開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，未來(lái)將會(huì )有更多資本進(jìn)來(lái)，并非只有國企才具有資源開(kāi)發(fā)的實(shí)力，“只要有利可圖，錢(qián)根本不是問(wèn)題”。政府可以做的，是理順礦權、環(huán)保等管理環(huán)節，加大資源勘查評價(jià)投入，降低企業(yè)的投資風(fēng)險。

雄安新區第一個(gè)具體投資領(lǐng)域

根據國家發(fā)改委、國家能源局和國土資源部聯(lián)合發(fā)布的《地熱能開(kāi)發(fā)利用“十三五”規劃》，到2020年，河北計劃新增“淺層地熱能供暖/制冷面積”7000萬(wàn)平方米，新增“水熱型地熱能供暖面積”1.1億平方米。

目前，新星公司目前在全國開(kāi)發(fā)的供熱面積達2600萬(wàn)平方米，其中河北1200多萬(wàn)平方米，包括雄縣、容城、霸州、辛集、固城、蔚縣、東光等地。今年4月，設立雄安新區的消息公布后，新星公司宣布，2017年計劃在雄安新區新增清潔能源供暖面積1000萬(wàn)平方米。“地熱能”成為雄安新區第一個(gè)得到確認的具體投資領(lǐng)域。

2016年6月，京津冀協(xié)同發(fā)展專(zhuān)家咨詢(xún)組組長(cháng)、中國工程院主席團名譽(yù)主席徐匡迪專(zhuān)程到雄縣參觀(guān)地熱開(kāi)發(fā)情況，參觀(guān)結束后，在新星公司雄縣分公司的會(huì )議室開(kāi)了個(gè)閉門(mén)會(huì )議。受到如此高度重視，公司上上下下都很激動(dòng)，但孫彩霞說(shuō)，“當時(shí)誰(shuí)也想不到，未來(lái)這里會(huì )上升到雄安新區那么高的級別。”

據龐忠和說(shuō)，雄縣考察結束后，徐匡迪回到北京，又參加了中國地熱產(chǎn)業(yè)規劃和布局戰略研究座談會(huì )。龐忠和也參加了會(huì )議，他回憶說(shuō)，徐匡迪在會(huì )上用“不鬧脾氣”來(lái)形容地熱能的連續性和穩定性，并要求大家積級向社會(huì )推廣地熱能源。龐忠和說(shuō)，“當時(shí)感受到的是地熱發(fā)展受到了國家的重視，現在看來(lái)，也和雄安新區的謀劃相關(guān)。”

根據規劃，雄安新區將建成“藍綠交織、清新明亮、水城共融、多組團集約緊湊發(fā)展的生態(tài)城市”，于是“地熱+”的多能互補方案成為率先被提出的供暖方案，配套補充能源也依然以天然氣、太陽(yáng)能、風(fēng)能等清潔能源為主。2017年6月14日，國土資源部中國地質(zhì)調查局支撐服務(wù)雄安新區規劃建設的地質(zhì)調查工作正式拉開(kāi)帷幕。地質(zhì)調查提出四大目標之一就是“打造全球地熱利用樣板”。根據中國地質(zhì)局8月23日公布的雄安新區地質(zhì)調查第一階段結果，起步區地熱可滿(mǎn)足3000萬(wàn)平方米建筑面積。

雄縣副縣長(cháng)呂偉介紹說(shuō)，雄縣地熱自采自供仍有富余，曾有過(guò)遠距離送熱的計劃，支援周邊資源較少的地區，但目前，一切都要等雄安新區總體規劃編制完成，再圖發(fā)展。