冷思考 | 水熱型地熱，未來(lái)將走向何方？

近期，多地開(kāi)始部署冬季清潔供暖準備工作。河北衡水、山西運城等地召開(kāi)關(guān)停地熱井熱源替代工作調度會(huì )，要求“依法全面取締地熱井，堅決關(guān)停、不留死角”“對已完成關(guān)停的地熱井開(kāi)展‘回頭看’，防止已關(guān)停地熱井死灰復燃，杜絕新的違法打井取熱行為”，這令不少地熱企業(yè)陷入困境。我國水熱型地熱未來(lái)發(fā)展之路在何方?如何推動(dòng)地熱能更大規模和更高質(zhì)量開(kāi)發(fā)利用?為此，《中國地熱》記者采訪(fǎng)了業(yè)內多位專(zhuān)家及地熱從業(yè)者。

地熱能技術(shù)應用重在“因地制宜”

地熱能是一種儲量豐富、分布較廣、穩定可靠的可再生能源。近年來(lái)，地熱能開(kāi)發(fā)應用在政府及市場(chǎng)的雙重力量推動(dòng)下得到了快速發(fā)展。截至2020年底，我國地熱供暖面積接近14億平方米，繼續保持世界第一。業(yè)內專(zhuān)家認為，“因地制宜”是我國地熱能開(kāi)發(fā)利用取得最成功的經(jīng)驗之一。

“因地制宜開(kāi)發(fā)利用地熱能。”這是2021年4月國家能源局發(fā)布的《關(guān)于促進(jìn)地熱能開(kāi)發(fā)利用的若干意見(jiàn)(征求意見(jiàn)稿)》(下稱(chēng)“征求意見(jiàn)稿”)對地熱能發(fā)展基調作出的表述。

《中國地熱》記者梳理近期國家發(fā)布的關(guān)于支持地熱行業(yè)發(fā)展政策，“因地制宜”成為熱詞。今年年初，國家能源局發(fā)布《關(guān)于因地制宜做好可再生能源供暖工作的通知》提出，“因地制宜推廣各類(lèi)可再生能源供暖技術(shù)。”新華社受權于2021年3月12日全文刊發(fā)《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展第十四個(gè)五年規劃和2035年遠景目標綱要》指出，“因地制宜開(kāi)發(fā)利用地熱能。”

地熱資源的分布受地質(zhì)條件約束控制，有溫度高低，熱水中礦物質(zhì)含量有多寡，都會(huì )影響地熱可利用的方式。如何理解“因地制宜”?中國地熱產(chǎn)業(yè)工作委員會(huì )專(zhuān)家委員會(huì )主任鄭克棪在接受《中國地熱》記者采訪(fǎng)時(shí)表示，因地制宜就是根據當地地熱資源的具體情況，采用不同的開(kāi)發(fā)利用方式。他舉例說(shuō)，比如高溫地熱可以發(fā)電;發(fā)電后溫度降低可以用來(lái)供暖;溫度低了可以采用熱泵提高其溫度。熱水礦物質(zhì)少的可直接送入管線(xiàn)供暖;但礦物質(zhì)多有腐蝕和結垢問(wèn)題，要用熱交換器換熱后再輸送。

鄭克棪表示，可再生能源最佳供暖方案要做技術(shù)和經(jīng)濟可行性分析，對于作為可再生能源的地熱供暖也如此。如果地熱資源條件好的地區，選擇效率高且又經(jīng)濟環(huán)保的地熱供暖方式最適宜，但若地熱條件不好，不適宜鉆地熱井，則選擇其他供暖方式?？諝庠礋岜玫男时鹊卦礋岜玫?，但空氣源熱泵便于安裝施工，在偏南方地區可以選用空氣源熱泵。而在嚴寒的北方地區，空氣源熱泵效率較低，用電成本偏高，宜優(yōu)先考慮地源熱泵。放眼全球，外國在計劃做地熱利用之前，會(huì )對其開(kāi)發(fā)的可行性做出評價(jià)，綜合比較幾種方案，選擇最適宜的方式。

也有業(yè)內專(zhuān)家表示，地熱能在強調因地制宜的同時(shí)，更應當追求創(chuàng )新發(fā)展。“要想獲取適用于某一熱用戶(hù)需求的最優(yōu)設計，不僅要了解普適的共性規律，更應關(guān)注個(gè)性部分，只有做到真正的‘量體裁衣’才能獲得地熱利用的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)化設計，才具有市場(chǎng)競爭力，地熱發(fā)展也才具有真正的生命力。”業(yè)內專(zhuān)家說(shuō)。

強化地熱資源監督管理將成常態(tài)

近年來(lái)，一些企業(yè)和個(gè)人在經(jīng)濟利益驅使下，未經(jīng)政府部門(mén)批準擅自開(kāi)鑿地熱井，或以開(kāi)采地下水為名開(kāi)鑿地熱井，無(wú)證開(kāi)采地熱資源，嚴重影響正常的地熱開(kāi)發(fā)秩序，各地政府加大對地熱違法事件的查處力度。

2021年8月13日，河北衡水召開(kāi)關(guān)停地熱井熱源替代工作調度會(huì )，要求對已關(guān)停的地熱井開(kāi)展“回頭看”，杜絕新的違法打井取熱行為。據記者了解，此次衡水市開(kāi)展已關(guān)停地熱井“回頭看”行動(dòng)，源于去年全市實(shí)施的大規模違規地熱井關(guān)停任務(wù)。

近期，山西運城在地熱井管理專(zhuān)項整治行動(dòng)中，要求“依法全面取締地熱井，堅決關(guān)停、不留死角。統籌推進(jìn)集中供熱替代工程。”據《中國地熱》記者調查了解，運城中心城區絕大多數的地熱井只抽不回灌，使用單位為節約成本，大多數地熱井沒(méi)有回灌措施。

國家能源局能源行業(yè)地熱能專(zhuān)業(yè)標準化技術(shù)委員會(huì )首席專(zhuān)家趙豐年分析指出，目前部分地熱能企業(yè)沒(méi)有按照標準和政策規范開(kāi)發(fā)，水熱型地熱能項目沒(méi)有實(shí)現科學(xué)回灌，從而出現了外排地熱水造成地表環(huán)境污染、深層地熱水水位持續下降及地熱資源的枯竭問(wèn)題;部分淺層地熱能及地下水源熱泵項目主要因工程質(zhì)量控制不合格，導致沒(méi)有達到節約能源的效果。

上述違規違法地熱井導致的問(wèn)題已經(jīng)引起了國家層面的重視?！蛾P(guān)于因地制宜做好可再生能源供暖工作的通知》著(zhù)重提出，在地下水飲用水水源地及其保護區范圍內，禁止以保護的目標含水層作為熱泵水源。在地下水禁限采區、深層(承壓)含水層以及地熱水無(wú)法有效回灌的地區或對應含水層，禁止以地下水作為熱泵水源。

“沒(méi)辦法回灌的地熱井，確實(shí)對環(huán)境影響很大，一方面地下熱儲水位持續下降，還可能誘發(fā)地面沉降，一方面沒(méi)有回灌熱水對地表植被生態(tài)也造成一定損害。”一位業(yè)內人士向記者坦言，以前地熱開(kāi)發(fā)亂象很多，現在開(kāi)始整治并非一朝一夕就可完成。

因地制宜可以說(shuō)是地熱利用的基本原則。上述受訪(fǎng)人士坦言，“有些地方地質(zhì)條件不太好，確實(shí)不適合經(jīng)濟的回灌，目前關(guān)停也是合理的。”這位業(yè)內人士建言，“今后地熱能開(kāi)發(fā)項目要從前期就規劃好，堅持規劃先行。”

也有業(yè)內專(zhuān)家在接受《中國地熱》采訪(fǎng)時(shí)表示，地熱產(chǎn)業(yè)發(fā)展要確保先進(jìn)性和競爭力，寄希望于投機取巧的短視行為肯定沒(méi)有市場(chǎng)。取締關(guān)停問(wèn)題井和不回灌井對于地熱產(chǎn)業(yè)今后可持續發(fā)展來(lái)講是好事情。“這等于提出了新要求，樹(shù)立了新標準。”

征求意見(jiàn)稿提出，到2025年，各地基本建立起完善規范的地熱能開(kāi)發(fā)利用管理流程，全國地熱能開(kāi)發(fā)利用信息統計和監測體系基本完善。業(yè)內人士表示，建立地熱執法監察長(cháng)效機制，規范地熱水開(kāi)采行為，使地熱資源得到科學(xué)合理利用，這對促進(jìn)地熱能高質(zhì)量發(fā)展尤為重要。

多措并舉加大地熱回灌保護力度

長(cháng)期抽取地下熱水而不全部回灌，對地熱水資源造成破壞，同時(shí)地熱尾水排放也容易造成環(huán)境污染。針對這些問(wèn)題，各地政府均陸續加強規范抽采地熱水管理，加大地熱回灌保護力度。與此同時(shí)，相關(guān)企事業(yè)單位加強地熱技術(shù)研發(fā)創(chuàng )新，探路行業(yè)發(fā)展。

天津市地熱回灌注重做好“開(kāi)源節流”大文章。天津實(shí)施“回灌系統整合”“補建回灌井”等地熱資源管理保護措施，新建地熱項目必須實(shí)現回灌式開(kāi)發(fā);歷史遺留地熱單井限期補建回灌井、全部回灌。同時(shí)，積極推行利用地表水補充回灌技術(shù)。東麗區東麗湖在成功利用湖水進(jìn)行地熱回灌試驗的基礎上，探索建設新的熱儲回灌工程。

近年來(lái)，天津市遵循“以灌定采、采灌平衡”的開(kāi)發(fā)原則，通過(guò)政策引導、技術(shù)創(chuàng )新等手段，不斷提高地熱回灌率。數據顯示，天津市部分區域地熱水位已回升2至8米，各熱儲層漏斗區面積不同程度減少。截至2020年底，天津市利用地熱供暖總面積達3423萬(wàn)平方米，約占全市供暖總面積的7%。

堅持“采灌均衡”的清潔利用方式，這在地熱界內已達成共識。除了以直接抽取地下熱水形式的水熱型地熱開(kāi)發(fā)利用方式外，地熱界還創(chuàng )新推出了“取熱不取水”的深井換熱技術(shù)，但其取熱率遠低于對流開(kāi)采，在適當條件下可部分替代回灌困難條件下的采灌方式。此外，還有單井換熱的中深層地源熱泵取暖技術(shù)、中深層水熱型地熱能源電熱聯(lián)供技術(shù)等。

除技術(shù)創(chuàng )新之外，政府部門(mén)對地熱資源開(kāi)發(fā)利用的規范管理是關(guān)系行業(yè)可持續發(fā)展的重要因素。河北省水利廳、河北省自然資源廳2021年6月28日印發(fā)《關(guān)于規范抽采地熱水管理的通知》(冀水資函【2021】50號)指出，采用深層地下?lián)Q熱方式開(kāi)發(fā)利用地熱能(只取熱不取水)，不需辦理取水許可和采礦許可。補辦取水許可和采礦許可手續的地熱供暖項目，地熱尾水同層回灌量應不低于95%。同時(shí)要求，取水井與回灌井均應安裝在線(xiàn)計量監控設施，監測數據應按照相應技術(shù)規范上傳至省級監控平臺。

山東省在地熱水資源管理方面提出，采礦權申請人必須制定回灌方案，落實(shí)以灌定采措施，開(kāi)采孔隙熱儲型地熱資源的回灌率不低于80%，開(kāi)采巖溶熱儲型地熱資源的回灌率不低于90%。作為黑龍江省首部以清潔供暖為主題、以地熱能為專(zhuān)項的省級規劃——《黑龍江省地熱能供暖專(zhuān)項規劃》以“取熱不取水”為總綱，遵循“科學(xué)勘察、因地制宜，清潔高效、持續利用，政府引導、市場(chǎng)運作”的原則，制定本地區地熱能供暖發(fā)展計劃。

北京市關(guān)于辦理地熱礦業(yè)權審批、水熱型地熱供暖發(fā)展給出了可行的借鑒。8月20日，北京市規劃和自然資源委員會(huì )官網(wǎng)發(fā)布《關(guān)于我市地熱資源礦業(yè)權審批工作的公告》指出，今后國家級市政府重點(diǎn)工程、公益性項目、供暖項目經(jīng)申請并報市政府批準后可依法辦理地熱礦業(yè)權審批，符合上述用途的開(kāi)發(fā)利用項目可依法辦理礦業(yè)權新立審批，已取得礦業(yè)權的項目，到期后包括已過(guò)期的項目可辦理礦業(yè)權延續審批。不符合上述用途的開(kāi)發(fā)利用項目在礦業(yè)權到期后不再辦理延續審批。根據要求，北京鼓勵向地熱供暖回灌方向轉型，不能轉型的，采礦權到期后采礦許可證自行廢止，采礦權注銷(xiāo)。

對于上述北京的做法，業(yè)內人士直言“這是科學(xué)發(fā)展的主流”，“這項政策是地熱能行業(yè)的發(fā)展方向”。在實(shí)現地熱能可持續利用的同時(shí)，也保持地下生態(tài)環(huán)境的平衡與安全。

體系化創(chuàng )新破解地熱行業(yè)發(fā)展頑疾

地熱能行業(yè)健康可持續發(fā)展離不開(kāi)頂層制度設計。趙豐年建議，要理順管理機制，做好地熱開(kāi)發(fā)規劃引導。同時(shí)，建立監測、評價(jià)和認證體系，以此更好地引領(lǐng)地熱行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

長(cháng)期以來(lái)，我國各能源分系統相互獨立，未能協(xié)調發(fā)展，產(chǎn)生了一些局部矛盾。在管理機制方面，地熱開(kāi)發(fā)涉及自然資源、發(fā)展改革、能源、水利等多部門(mén)，難免出現職責不清等現象，增加了地熱項目的審批難度和成本。趙豐年表示，“建議打通部門(mén)間審批通道，自然資源主管部門(mén)出讓地熱采礦權時(shí)與水行政主管部門(mén)聯(lián)合論證和審批，同時(shí)辦理取水許可證和采礦許可證，簡(jiǎn)化辦事程序，提高地熱礦權的辦理效率。”

業(yè)內人士認為，部分地方政府部門(mén)管理缺位和沒(méi)有區別對待的科學(xué)決策，實(shí)施“一刀切”關(guān)停的政策和措施，對地熱能行業(yè)造成了直接的打擊。而另一方面，也有受訪(fǎng)的業(yè)內人士指出，“打鐵要靠自身硬，行業(yè)自身有問(wèn)題是深層次原因。”

關(guān)于地熱井尾水不回灌的亂象，趙豐年表示，新上供暖類(lèi)地熱開(kāi)發(fā)利用項目要嚴格執行行業(yè)標準《地熱回灌技術(shù)要求》(NB/T 10099-2018)，采礦權人應當制定回灌方案，強力實(shí)施地熱回灌?；毓喾桨笐斀?jīng)自然資源主管部門(mén)審批，同時(shí)報水行政主管部門(mén)備案。采礦權人必須按照回灌方案將回灌井、回灌設施與取水設施同時(shí)設計、同時(shí)施工、同時(shí)投入使用。

地熱資源動(dòng)態(tài)監測是實(shí)現地熱資源可持續開(kāi)發(fā)的科學(xué)依據。趙豐年認為，政府主管部門(mén)要牽頭建立地熱資源動(dòng)態(tài)監測體系，開(kāi)展地下熱水的壓力、溫度、流量、混濁度等物理動(dòng)態(tài)綜合監測，在有條件的井孔中同時(shí)布設水壓、水位、水文、測震、應變等多種手段的監測儀器，完整監測地下熱水系統，掌握一定時(shí)間、空間范圍內地下熱水的動(dòng)態(tài)變化規律，嚴格監督與環(huán)境問(wèn)題相關(guān)的重要監測事項，促進(jìn)地熱資源的高質(zhì)量開(kāi)發(fā)利用。

業(yè)內專(zhuān)家還表示，“十四五”期間，要加強核心標準的研究制訂，逐步優(yōu)化和完善各個(gè)環(huán)節的行業(yè)技術(shù)標準，構建完善的覆蓋全產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)標準體系。另外，建立地熱行業(yè)檢測認證中心，以行業(yè)標準為依據開(kāi)展地熱回灌技術(shù)評價(jià)認證工作，作為地熱能開(kāi)發(fā)利用項目質(zhì)量提升的重要抓手和依據。

未來(lái)水熱型地熱何去何從?妥善處理好開(kāi)發(fā)和保護的關(guān)系，完善標準和監管體系，增強技術(shù)創(chuàng )新動(dòng)力，因地制宜、科學(xué)有序地推進(jìn)地熱能開(kāi)發(fā)利用，這將對促進(jìn)我國碳達峰、碳中和目標的實(shí)現具有積極而重要的作用。一條更加清晰的地熱能高質(zhì)量發(fā)展路徑已然明確。(文/代海雷)

(注:原文刊登于2021年8月刊《中國地熱》，原標題：整治違法開(kāi)采地熱井，水熱型地熱何去何從?)