未來(lái)地熱能或將出現井噴式發(fā)展

  北方地區的供暖季將已陸續結束，回想起這個(gè)供暖季真可謂跌宕起伏、一波三折。由于北京周邊一些地區大面積集中“煤改氣”造成天然氣供應短缺，部分地區出現供暖不到位不達標、群眾挨冷受凍情況。去年12月，國家發(fā)改委等10部委印發(fā)未來(lái)五年北方地區冬季清潔取暖規劃。按照規劃，到2021年北方地區清潔取暖率達到70%，基本實(shí)現霧霾嚴重城市化地區的散煤供暖清潔化。同時(shí)，對于位于京津冀大氣污染傳輸通道的“2+26”重點(diǎn)城市的標準更加嚴格，到2019年“2+26”重點(diǎn)城市城區清潔取暖率要達到90%以上。目前，通過(guò)電、氣、清潔燃煤，以及可再生能源供暖等方式，北方地區清潔取暖比例達到34%，但總體比例仍然較低，而且發(fā)展緩慢。

  按照習近平總書(shū)記指出的企業(yè)為主、政府推動(dòng)、居民可承受的方針，宜氣則氣，宜電則電，盡可能利用清潔能源，加快提高清潔供暖比重的指示精神，清潔取暖絕不是簡(jiǎn)單的“一刀切”式的“煤改電、煤改氣”，而是對煤炭、天然氣、電、可再生能源等多能源形式統籌謀劃，綜合利用。因此，筆者認為地熱是北方地區清潔取暖的有效補充。

  地熱是一種清潔可再生能源

  地熱是來(lái)自地球內部核裂變產(chǎn)生的一種能量資源。地球是一個(gè)龐大的熱庫，蘊藏著(zhù)巨大的熱能，這種熱量滲出地表，于是就有了地熱。地熱能是一種清潔能源，是可再生能源，其開(kāi)發(fā)前景十分廣闊。

  依據地熱資源的埋深及存在形式可分為淺層地熱資源、水熱型地熱資源和干熱巖地熱資源。淺層地熱能即地下200米以淺，儲存在巖石、土壤中或地下水里的熱能。它是地球內部的熱和太陽(yáng)輻射的熱兩相平衡的結果，在這個(gè)范圍內，溫度基本是恒定的，既可供暖，也可制冷。水熱型地熱資源是以蒸氣為主的地熱資源和以液態(tài)水為主的地熱資源的統稱(chēng)，根據其溫度可分為高溫（>150度）、中溫（90-150度）低溫<90度三種類(lèi)型。熱干巖型地熱資源是蘊藏在熱干巖體中的地熱資源，儲熱巖體中不存在熱水和蒸氣，埋深3000米以上。其溫度可達到數百攝氏度，但是由于地表缺乏大氣降水，或者因為其本身的透水能力太差，不能形成水熱型地熱資源，而巖體所蘊藏的大量熱能目前還難以直接利用。

  我國地熱資源十分豐富，地熱資源總量占世界的7.9%，可采儲量相當于4626.5億噸標準煤。據國土資源部中國地質(zhì)調查局統計，截至目前，我國337個(gè)主要城市淺層地熱能可開(kāi)采資源量折合標準煤7億噸，相當于全國用于供暖制冷總能源消耗的60%以上；可實(shí)現建筑物供暖制冷面積320億平方米，相當于現狀總面積的2倍以上。根據中國地質(zhì)調查局地熱資源調查評價(jià)成果，截至2015年底，我國年利用淺層地熱能對建筑物供暖制冷面積為3.92億平方米，其中京津冀8500萬(wàn)平方米，約占全國的20%，是我國淺層地熱能開(kāi)發(fā)程度最高、用于建筑物供暖制冷規模最大的地區。

  國家對地熱取暖開(kāi)發(fā)高度重視。早在1997年，科技部與美國能源部簽署的《中美能效與可再生能源合作議定書(shū)》中，其主要內容之一就是“地源熱泵”技術(shù)的合作；2006年，建設部就頒布了《地源熱泵系統工程技術(shù)規范國家標準》，作為新型高效、可再生能源技術(shù)的水源熱泵技術(shù)被列入目錄；2013年初，國家能源局、財政部、國土資源部和住建部《關(guān)于促進(jìn)地熱能開(kāi)發(fā)利用的指導意見(jiàn)》出臺，提出到2020年，地熱能開(kāi)發(fā)利用量達到5000萬(wàn)噸標準煤，將形成完善的地熱能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)和產(chǎn)業(yè)體系。2017年初，國家發(fā)改委、能源局、國土資源部等部門(mén)聯(lián)合印發(fā)了《地熱能開(kāi)發(fā)利用“十三五”規劃》，要求在“十三五”時(shí)期，新增地熱能供暖（制冷）面積11億平方米，其中新增淺層地熱能供暖（制冷）面積7億平方米。該規劃顯示，“十三五”期間，淺層地熱能供暖（制冷）可拉動(dòng)投資約1400億元。

  今年1月8日，國家發(fā)展改革委、國土資源部、環(huán)境保護部、住房城鄉建設部、水利部、國家能源局聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于加快淺層地熱能開(kāi)發(fā)利用促進(jìn)北方采暖地區燃煤減量替代的通知》，要求對地熱資源因地制宜開(kāi)發(fā)利用，對現有非清潔燃煤供暖適宜用淺層地熱能替代的，應盡快完成替代；對集中供暖無(wú)法覆蓋的城鄉結合部等區域，在適宜發(fā)展淺層地熱能供暖的情況下，積極發(fā)展淺層地熱能供暖。要根據供熱資源稟賦，因地制宜選取淺層地熱能開(kāi)發(fā)利用方式。同時(shí)要求創(chuàng )新開(kāi)發(fā)利用模式，在淺層地熱能開(kāi)發(fā)利用領(lǐng)域大力推廣采取合同能源管理模式，鼓勵將淺層地熱能開(kāi)發(fā)利用項目整體打包，采取建設-運營(yíng)-維護一體化的合同能源管理模式，系統運營(yíng)維護交由專(zhuān)業(yè)化的合同能源服務(wù)公司。

  地熱取暖（制冷）技術(shù)已經(jīng)成熟

  地熱資源的開(kāi)發(fā)利用主要是發(fā)電和直接利用兩種模式。高溫地熱資源主要用于發(fā)電，比如西藏羊八井地熱電站。中低溫地熱以直接利用為主，對于25度以下淺層地熱，可利用熱泵進(jìn)行供暖和制冷，目前淺層和水熱型地熱能供暖（制冷）技術(shù)已基本成熟。

  淺層地熱能屬于低品位熱源，應用主要使用熱泵技術(shù)，需要結合熱泵系統為建筑物供暖制冷。按所取能源對象可以分為地埋管地源熱泵系統、地下水地源熱泵系統和地表水地源熱泵系統。地埋管地源熱泵理論上適合任意地質(zhì)條件，地下為閉式換熱系統，不會(huì )對地區地下水造成影響，是今后地源熱泵發(fā)展的重點(diǎn)；地下水源熱泵簡(jiǎn)便易行、造價(jià)低，水井占地面積小，但受水文地質(zhì)條件影響較大，只適宜在地下水較為豐富、穩定、回灌條件較好的區域；地表水熱泵系統投資較低，缺點(diǎn)是地表水源容易受自然條件影響，影響系統負荷的因素較多，容易造成不穩定。因此，開(kāi)發(fā)淺層地熱資源必須考慮賦存條件、負荷范圍，因地制宜地選擇不同的熱泵利用方式。深層水熱型地熱資源取暖主要依靠抽取地熱水，并提取其儲存的熱能為建筑物供暖。如果提取的地熱水出水溫度合適，可以直接用于供暖；如果溫度過(guò)高，可以結合水泵梯級利用，降低地熱尾水溫度，提高地熱綜合利用率。

  地熱資源開(kāi)發(fā)技術(shù)層面已經(jīng)十分簡(jiǎn)單。對于淺層地熱要求地埋管孔數與布局方案合理，使得地埋管地源熱泵系統在運行一整個(gè)供冷供暖季后，能夠維持平衡；另外，鉆進(jìn)埋管技術(shù)要十分成熟，在施工過(guò)程中防止對周邊區域地下水資源造成污染。對于深層地熱供暖技術(shù)要求，一是要加強地熱尾水回灌技術(shù)，這對于地熱資源保護、減少資源浪費、延長(cháng)生產(chǎn)井壽命、防止環(huán)境污染具有關(guān)鍵作用，要做到取熱后的地熱尾水百分之百進(jìn)行回灌，只取熱不取水；二是關(guān)于地熱井鉆技術(shù)，要針對不同深度、地層、巖性和不同熱儲類(lèi)型優(yōu)化設計井深結構，提高地熱井使用壽命。

  多年來(lái)，我國中低溫地熱利用始終走在世界前列，連續20多年總量排名世界第一。特別是2004年后年增長(cháng)率超過(guò)30%，應用范圍擴展至全國，其中80%集中在華北和東北南部，包括北京、天津、河北、遼寧、河南、山東等地區。

  地熱取暖要實(shí)現有序開(kāi)發(fā)、合理利用、科學(xué)管理隨著(zhù)地熱利用技術(shù)的逐步提高，相比煤炭等不可再生能源，地熱能開(kāi)發(fā)具有一定的成本優(yōu)勢。

  目前，隨著(zhù)我國多年的產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術(shù)攻關(guān)，通過(guò)地源熱泵技術(shù)的淺層地熱能應用已經(jīng)突破了成本瓶頸。北京城市副中心、北京新機場(chǎng)以及雄安新區建設都在規?；褂?a href="http://keyinmall.com/t/淺層地熱能資源.html" >淺層地熱能資源。

  據專(zhuān)家介紹，北京地下的溫度大概在14至16度。冬天把這部分通過(guò)熱泵機組、壓縮機提升，變成高品位熱能供室內供暖，夏天再把室外的熱放到地下，從地下?lián)Q出涼來(lái)，為室內降溫。筆者曾參觀(guān)過(guò)國內最大多熱能綜合利用項目——北京國際鮮花港，它是北京2009年主辦第七屆中國花卉博覽會(huì )的主要工程，是現今國內唯一大規模使用地熱綜合技術(shù)解決現代農業(yè)設施采暖的大型工程項目。它采用地熱、水源熱泵、地源熱泵為主，燃氣鍋爐為輔的綜合能源設計，實(shí)現了多能互補、優(yōu)化利用、降低費用的目的。北京市海淀區北清路一產(chǎn)業(yè)園采用這種技術(shù)，相比于傳統的煤電，全年供暖制冷成本節省一半，其供暖制冷一平方米在16-17元，而北京集中供暖大概是一平方米27-28元，天然氣供暖則達到36元，因此此項技術(shù)具有很好的經(jīng)濟性。

  過(guò)去北方農村地區取暖大部分都是采用散煤燃燒形式，造成嚴重污染和濃重霧霾，而且經(jīng)濟性差、供暖效果不佳。北京市門(mén)頭溝龍泉鎮龍泉霧村三面環(huán)水、一面臨山，在2016年“煤改電”無(wú)煤化改造時(shí)，選用地源熱泵中標企業(yè)——恒有源地能熱寶系統為百姓冬季供暖、夏季制冷和提供日常生活熱水，實(shí)現了能源的清潔高效利用。該村1477戶(hù)總計4000多人，整村采用單井循環(huán)換熱地能熱寶系統，年替代標煤1萬(wàn)噸，減少二氧化硫排放169噸、氮氧化物排放123噸，榮獲“北京市2017年節能低碳技術(shù)產(chǎn)品示范案例”。

  當然，開(kāi)發(fā)地熱取暖要照顧到環(huán)境和資源條件，前期需要進(jìn)行地熱資源勘察，并對項目地熱供暖的適宜性和經(jīng)濟性進(jìn)行評估。根據勘察結果，制定合理的開(kāi)發(fā)利用規劃，確定適宜的開(kāi)發(fā)利用模式，做到有序開(kāi)發(fā)、合理利用、科學(xué)管理，提高地熱利用效率。對于淺層地熱，如果使用地埋管熱泵系統，則需要考慮區域地層可鉆性和土壤換熱能力，評估地熱供暖的經(jīng)濟性；對于深層地熱，則必須確定項目區存在水量、溫度是否合適，是否具有深層地熱資源開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟性，也可以采用系統的最優(yōu)化設計，即結合項目所在區域資源條件、負荷特點(diǎn)，綜合考慮經(jīng)濟、安全等諸多因素，制定幾種能源相結合即多能互補的復合式能源利用系統，利用大數據云計算技術(shù)，制定多層級、模塊化供用一體化解決方案，滿(mǎn)足供暖（制冷）需要，實(shí)現經(jīng)濟效益和社會(huì )效益的最大化。比如，可以采用地熱資源供暖負責基礎負荷、常規能源供暖負責短期尖峰負荷的復合式多能互補能源系統，實(shí)現優(yōu)質(zhì)地熱資源和常規能源在運行出力上合理結合，實(shí)現能源穩定的供應性和經(jīng)濟合理性；同時(shí)，還要做好城市地下空間及資源的利用，這需要多部門(mén)間的協(xié)同合作以及監測體系的建立。

  總之，正如《關(guān)于加快淺層地熱能開(kāi)發(fā)利用、促進(jìn)北方采暖地區燃煤減量替代的通知》指出的那樣，按照“企業(yè)為主、政府推動(dòng)、居民可承受”方針，鼓勵相關(guān)地區創(chuàng )新投融資模式、供熱體制和供熱運營(yíng)模式，進(jìn)一步放開(kāi)城鎮供暖行業(yè)的市場(chǎng)準入；大力推廣政府和社會(huì )資本合作（PPP）模式，積極支持社會(huì )資本參與淺層地熱能開(kāi)發(fā)；鼓勵投資主體發(fā)行綠色債券實(shí)施淺層地熱能開(kāi)發(fā)利用；鼓勵金融機構、融資租賃企業(yè)創(chuàng )新金融產(chǎn)品和融資模式支持淺層地熱能開(kāi)發(fā)利用；統籌運用相關(guān)政策，支持和規范淺層地熱能開(kāi)發(fā)利用，提升居民供暖清潔化水平，改善空氣環(huán)境質(zhì)量。由此可見(jiàn)，作為北方地區清潔取暖的有效補充，未來(lái)我國地熱能利用一定會(huì )出現一個(gè)井噴式發(fā)展。