中國地熱直接利用規模連續多年居世界首位

位于河北雄安新區科創(chuàng )中心中試基地的換熱站。

在云南大理洱源縣牛街鄉，當地居民利用地熱水加熱雞蛋。

高溫天氣，室內制冷靠的不是吹空調，而是藏在地底下的地熱能——這樣的應用，您聽(tīng)說(shuō)過(guò)嗎?

最近，本報記者走進(jìn)河北雄安、陜西咸陽(yáng)、云南大理等地，發(fā)現除了用于制冷，地熱能還就地開(kāi)發(fā)供北方地區清潔取暖;在一些地熱資源豐富區域，地熱水助當地發(fā)展起溫泉康養產(chǎn)業(yè);還有些具備高溫地熱能資源的地區，地熱能作為發(fā)電電源，與其他能源“合作互助”，保障用電穩定。

埋藏在地下的熱能，如何發(fā)掘出來(lái)為人們所用?目前，中國地熱能產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況如何?

能供熱也能制冷，地熱資源保障民生用能作用不小

在位于河北雄安新區雄縣鑫城小區的中國石化綠源公司人才家園換熱站，站長(cháng)張虎正忙著(zhù)給設備“做體檢”。“趁著(zhù)沒(méi)到供暖季，我們得做好換熱設備的維護工作，給設備除銹清洗、加油潤滑等，確保冬季順利供暖。”張虎說(shuō)。

這個(gè)位于地下的換熱站占地面積不大，卻保障著(zhù)小區內3000多戶(hù)家庭的冬季供暖。暖氣的源頭，正是埋藏在地底下的地熱能。

所謂地熱能，是指存在于地球內部巖土體、流體和巖漿體中，可為人類(lèi)開(kāi)發(fā)利用的熱能。根據埋藏深度，地熱能通常分為淺層地熱能、水熱型地熱資源和干熱巖。從地球表面向下至200米左右的是淺層地熱資源;地下200米至3000米深度范圍內且以熱水形式存在的熱能是水熱型資源;干熱巖則埋藏在地下3000米以下。

地熱能“藏”得這么深，如何把它發(fā)掘出來(lái)為人們所用?業(yè)內人士介紹，這首先涉及勘探技術(shù)。如同在地下尋找油氣，開(kāi)采地熱資源要先判斷“有沒(méi)有”，利用地震勘探等手段，通過(guò)地震波在不同巖層中傳遞的速度曲線(xiàn)，計算出地熱能所處位置。緊接著(zhù)，通過(guò)地熱鉆井技術(shù)，把地下的高溫水等地熱資源引到地面，進(jìn)行利用。

“在我們換熱站內，地熱水經(jīng)過(guò)潛水泵提取，進(jìn)入旋流除砂器除砂，接著(zhù)來(lái)到板式換熱器進(jìn)行熱交換，也就是把地下高溫水的‘熱’提取出來(lái)，作為熱源供冬季取暖利用。”張虎告訴本報記者，地熱水“換”出來(lái)的熱能再經(jīng)過(guò)根根管道，輸送至居民家中。

相較傳統燒煤等取暖手段，用地熱能供暖不僅環(huán)保效益高，也經(jīng)濟實(shí)惠不少。鑫城小區住戶(hù)崔文秀告訴記者，以前自家住在村子里，主要靠燒煤取暖，常常得半夜起來(lái)添煤。“空氣里都是煤灰，鼻孔熏得黢黑。”她說(shuō)，“用上地熱能取暖后，冬天屋子里溫度能達到20多攝氏度，光著(zhù)腳在地板上走也不冷。我們家103平方米，一個(gè)采暖季下來(lái)，供暖費只需要兩千多元，比用天然氣劃算不少。”

實(shí)際上，不僅用于冬季取暖，地下埋藏的熱能還可用于夏季制冷。走進(jìn)雄安新區科創(chuàng )中心中試基地，盡管室外30多攝氏度的高溫，室內卻很涼爽，墻面溫度計顯示此時(shí)室溫為25攝氏度。

“我們制冷靠的不是空調，而是淺層地熱能。”中國石化綠源地熱能開(kāi)發(fā)有限公司總經(jīng)理高小榮介紹，在園區綠地和道路底下，約有280口120米左右的淺井。通過(guò)管道，地下的熱能被輸送出來(lái)，經(jīng)過(guò)熱泵機組作用，讓水和地下的巖土體進(jìn)行冷熱交換。“冬季，我們把巖土體中的熱量‘取’出來(lái)供室內采暖，此時(shí)地下的巖土體為‘熱源’。到了夏季，再把室內熱量‘抽’出，釋放到巖土體中，并制出約11攝氏度的冷水，通過(guò)循環(huán)泵運送到風(fēng)機，把冷風(fēng)‘吹’出來(lái)，起到制冷降溫的作用。”高小榮說(shuō)。

分布廣、儲量大、近零碳排放，地熱能優(yōu)勢多也要利用好

相較煤炭、石油、天然氣等人們耳熟能詳的傳統能源及風(fēng)、光等可再生能源，地熱能屬于相對小眾的能源資源。不過(guò)，從利用情況看，地熱能很受歡迎。

數據顯示，截至2020年底，中國地熱直接利用規模已達40.6吉瓦，全球占比38%，連續多年居世界首位;中國地熱能供熱制冷面積累計達13.9億平方米，近5年年均增長(cháng)率約23%。

地熱能為何受青睞?業(yè)內人士表示，這與其分布廣泛、儲量大、穩定可靠、碳減排效果明顯等因素有關(guān)。在中國，能源資源分布通常具有區域性，比如在西北地區，煤炭和風(fēng)、光等能源資源較充沛，南方地區則水資源較為豐富。但地熱能分布相對廣泛，且使用過(guò)程中幾乎零碳排放。在“雙碳”目標引導下，清潔的地熱能自然備受關(guān)注。

要用好地熱能，確保安全是重中之重。伴隨地熱資源大規模開(kāi)發(fā)利用，如果地熱流體補采失衡，容易造成熱儲層壓力下降、水化學(xué)污染和熱污染等問(wèn)題。采訪(fǎng)中，多位業(yè)內人士表示，要保障地熱能開(kāi)采利用實(shí)現安全無(wú)污染，背后的回灌技術(shù)尤其關(guān)鍵。

在陜西省最大的地熱供能站——中國石化綠源公司迎賓路地熱站，記者看到一根根銀白色的管道緊密相連，組成一套回灌系統。在換熱站一角，幾臺地熱水過(guò)濾裝置排放有序，根據過(guò)濾精度，被區分為初級過(guò)濾器和精效過(guò)濾器。

“我們站內利用地熱能供暖，已經(jīng)實(shí)現‘兩采兩灌’，也就是兩口生產(chǎn)井100%全回灌。”中國石化綠源陜西公司副總經(jīng)理張獻喻告訴本報記者，“我們取的是地下2800米左右的熱水，經(jīng)過(guò)板式換熱器‘取熱’，再通過(guò)回灌技術(shù)，把取完熱的水‘還’給地下。經(jīng)過(guò)一定周期后，再通過(guò)生產(chǎn)井把重新聚集了熱能的水‘抽’上來(lái)，實(shí)現地熱水資源的反復利用，也避免了地熱尾水直接排放造成環(huán)境污染。”

在地熱尾水回灌的過(guò)程中，由于水中含有化學(xué)沉淀物等雜物，通常容易造成回灌井堵塞，導致回灌效率不高、不能完全回灌等問(wèn)題。那么，100%全回灌是如何實(shí)現的?

“一方面，要結合地下水源等，確定回灌井和生產(chǎn)井的布局。另一方面，在測定生產(chǎn)井和回灌井時(shí)要確認好二者間距，離得太遠，回灌速度慢，阻力過(guò)大;離得過(guò)近，回灌水過(guò)早到達井底，又會(huì )導致井底溫度過(guò)低。同時(shí)，還得選好用哪個(gè)砂層進(jìn)行主回灌等。”張獻喻說(shuō)，“我們的回灌系統包括初級過(guò)濾和精效過(guò)濾，前者過(guò)濾完水中的大顆粒雜質(zhì)，后者再進(jìn)行精細處理，過(guò)濾出的水能達到純凈水的水質(zhì)標準，從而確保完全回灌。”

加大勘查，給予支持，地熱能發(fā)展仍需再“扶”一把

從資源優(yōu)勢看，相比傳統能源，地熱能更清潔，符合能源綠色低碳轉型的總體要求，且不存在可再生能源“靠天吃飯”等問(wèn)題，理應大力開(kāi)發(fā)利用好。

“地熱能可以根據不同溫度實(shí)現梯級利用。以中高溫地熱能較為豐富的云南大理彌渡縣為例，45攝氏度以下的地熱能可開(kāi)發(fā)溫泉、洗浴等康養產(chǎn)業(yè);45到60攝氏度可作供暖使用;60到90攝氏度左右，供暖利用后的能量能用于溫室養殖等。而90攝氏度以上的地熱能則可用作清潔發(fā)電，溫度越高，發(fā)電效益越高，經(jīng)濟性越好。”西藏地熱產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì )會(huì )長(cháng)王善民說(shuō)。

不過(guò)，從實(shí)際情況看，盡管中國地熱資源豐富，地熱直接利用規模在全球居首位，但在發(fā)電領(lǐng)域，國內地熱能發(fā)電裝機容量?jì)H超過(guò)50兆瓦，在全球占比不足1%。與風(fēng)、光等可再生能源裝機規模相比，50兆瓦這個(gè)數字“渺小”許多。

“一方面，我國的高溫水熱型資源主要分布在滇西、藏南等地區，不屬于電力主要消納地，豐富的地熱資源難以用于發(fā)電，造成資源損失。另一方面，國內仍缺乏明確的地熱能上網(wǎng)電價(jià)扶持等政策，限制了地熱能發(fā)電的發(fā)展。”南京天加能源科技有限公司執行總裁鄧壯說(shuō)，“作為國內較早涉足地熱能發(fā)電領(lǐng)域的企業(yè)，我們已經(jīng)擁有較為成熟的地熱能發(fā)電技術(shù)和相關(guān)裝備，在海外也布局了地熱能發(fā)電項目。但受限于上網(wǎng)電價(jià)等扶持政策不明，國內地熱能商業(yè)發(fā)電處于停滯狀態(tài)，很多企業(yè)也仍在觀(guān)望。”

實(shí)際上，促進(jìn)地熱能發(fā)展近年被頻頻寫(xiě)入相關(guān)能源發(fā)展規劃?！?ldquo;十四五”可再生能源發(fā)展規劃》提出，積極推進(jìn)地熱能規?；_(kāi)發(fā)。積極推進(jìn)中深層地熱能供暖制冷，全面推進(jìn)淺層地熱能開(kāi)發(fā)，有序推動(dòng)地熱能發(fā)電發(fā)展。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)》指出，到2025年，全國地熱能供暖(制冷)面積比2020年增加50%，在資源條件好的地區建設一批地熱能發(fā)電示范項目，全國地熱能發(fā)電裝機容量比2020年翻一番。

“推動(dòng)地熱能產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，尤其是推動(dòng)地熱能發(fā)電領(lǐng)域發(fā)展，既要加大對勘查、鉆井方面的支持，加強對地熱能資源分布及應用的認識，也要做好相關(guān)技術(shù)攻關(guān)，在理論、關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面實(shí)現突破。同時(shí)，還需加強相關(guān)政策保障，比如明確地熱能發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)補貼政策，加快探礦權、采礦權許可認證等，確保企業(yè)‘輕裝上陣’，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，為能源保供和綠色轉型貢獻地熱力量。”地熱能科學(xué)技術(shù)(大理)研究院院長(cháng)張大偉說(shuō)。