地大熱能：智慧應用地熱能+ 共同促進(jìn)現代能源體系建設

地大熱能網(wǎng)訊：《“十四五”現代能源體系規劃》明確提出了“十四五”時(shí)期現代能源體系建設的主要目標，其中包括能源低碳轉型要取得顯著(zhù)成效——單位 GDP二氧化碳排放五年累計下降18%。到 2025 年，非化石能源消費比重提高到20%左右，非化石能源發(fā)電量比重達到39%左右，電氣化水平持續提升，電能占終端用能比重達到30%左右。

在此目標下，地熱能作為非化石能源，如何在未來(lái)的能源體系中發(fā)揮更大作用?

重視地熱+

中國石油石化：汪院士，您好!您認為地熱能作為非化石能源，如何在未來(lái)的能源體系中發(fā)揮更大作用?

汪集暘：在非化石能源大家庭里，地熱是地球本土能源、清潔能源、可再生能源、非碳基能源，有獨特的優(yōu)勢。但從資源總量來(lái)看，跟太陽(yáng)能、風(fēng)能等相比要小得多，而且分布不均勻。

在未來(lái)的能源體系中發(fā)揮更大作用，應重視“地熱+”的思維及應用?？梢詫?a href="http://keyinmall.com/t/地熱.html" >地熱這種地球本土的能源和來(lái)自太陽(yáng)系的其他新能源、可再生能源，諸如太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、海洋能等，結合起來(lái)一并加以開(kāi)發(fā)利用，不爭老大老二、不分你我，綜合利用，真正做到“多能互補、一能多用”，在北方清潔取暖、南方制冷空調等工作中發(fā)揮更大的作用，解決實(shí)際的民生問(wèn)題。

為方便敘述，可將“地熱+”的內涵概括為“天地合一、動(dòng)靜結合”?！疤臁敝?a href="http://keyinmall.com/t/太陽(yáng)能.html" >太陽(yáng)能，“地”即地熱能;“動(dòng)”指風(fēng)能、海洋能、生物質(zhì)能，“靜”指地熱能。實(shí)際上，目前建筑行業(yè)中大力推廣的“近零能耗建筑”和供暖行業(yè)中的“區域能源網(wǎng)(站)”等都是“地熱+”概念的延伸或應用。

應用的實(shí)例也有。比如，意大利國家電力公司ENEL在美國內華達州斯蒂爾沃特(Stillwater)地熱電站實(shí)施了聯(lián)合發(fā)電。2009年組合了太陽(yáng)能光伏，2015年又組合了太陽(yáng)能熱發(fā)電。目前地熱發(fā)電33兆瓦，光伏發(fā)電26兆瓦，光熱17兆瓦，給地熱發(fā)電因中午環(huán)境溫度增高而致的效率降低實(shí)現了很好的發(fā)電增效。

中國石油石化：據悉，從“地熱+”概念里引申，您提出了“地球充電/熱寶”。這具體是一種什么樣的概念?

汪集暘：所謂“地球充電/熱寶”(earth charger)，是指以地球介質(zhì)為載體的“地熱+”多能互補儲/供能系統。該系統可將各種形式的能量?jì)Υ嬗诘叵?，并按需求取出加以利用，?a href="http://keyinmall.com/t/地熱開(kāi)發(fā)利用.html" >地熱開(kāi)發(fā)利用的一條新途徑。地球是一個(gè)龐大的熱庫，地熱能是一種不可多得的綠色本土能源，但它的明顯劣勢是分布極不均勻，往往在有需求的地方?jīng)]有足夠的資源，在沒(méi)有需求的地方資源又很豐富，存在供需矛盾的問(wèn)題，必須加以調節。

另外，在新能源和可再生能源大家庭中，中國西北、東北、華北地區棄風(fēng)、棄光現象十分嚴重，有些地區高達50%以上，造成了能源大量浪費。據報道，2017年棄光、棄風(fēng)的能量約為三峽水庫全年的發(fā)電量。而且城市中有大量的余熱、“廢”熱沒(méi)有被有效利用，同樣是能源的浪費。如何將這些廢棄的能量?jì)Υ嫫饋?lái)并加以充分利用，是擺在地熱界乃至整個(gè)新能源和可再生能源界的大問(wèn)題。

目前，國際上已經(jīng)開(kāi)始注意這些問(wèn)題，并提出了“地球電池”(earth battery)的概念。認為將地球上各種多余的能量?jì)Υ娴降叵率且环N將取能/儲能相結合的能源開(kāi)發(fā)利用新途徑。但“地球電池”的提法不夠準確，因為地球是一個(gè)可反復充電、用電的“電池”，就像現在大家廣泛使用的手機充電寶。因此，我認為將這種儲能技術(shù)取名為“地球充電/熱寶”更為貼切，也更為通俗易懂。

讓地球來(lái)儲能

中國石油石化：與傳統的儲能技術(shù)相比，“地球充電/熱寶”有什么優(yōu)勢?

汪集暘：與傳統的儲能技術(shù)相比，“地球充電/熱寶”至少具有以下優(yōu)點(diǎn)。

第一，規模大。一般水箱儲熱的容量均小于105立方米，而“地球充電/熱寶”利用地下含水層儲熱的容量可大于106立方米。

第二，應用廣?！暗厍虺潆?熱寶”不僅可以利用風(fēng)能、太陽(yáng)能無(wú)法消納而剩余下來(lái)的能量，也可將城市中的廢熱、余熱集中起來(lái)加以?xún)Υ婧屠?，比?a href="http://keyinmall.com/t/發(fā)電廠(chǎng).html" >發(fā)電廠(chǎng)、污水處理廠(chǎng)的余熱。

第三，跨季節。風(fēng)力、光伏的資源總量雖然大得多，但存在時(shí)間、空間上供需不匹配的問(wèn)題。在中國諸如長(cháng)三角等冬冷夏熱的地區，可將夏季酷暑難熬時(shí)的多余熱量存儲于地下含水層中，供冬季嚴寒時(shí)取出來(lái)加以利用。

第四，成本低。據初步估算，水箱儲熱的成本為40~100元/千瓦時(shí)。若用“地球充電/熱寶”儲熱，則成本大幅度降低，可降至0.1~20元/千瓦時(shí)。

中國石油石化：您看好“地球充電/熱寶”的應用前景嗎?

汪集暘：當然。這種儲能技術(shù)已有不少成功應用的實(shí)例。例如，德國2004年就在Kiel地區建立了基于地下含水層的跨季節儲熱系統。該項目的冷井工作溫度約在10℃左右，利用1000平米的屋頂太陽(yáng)能集熱器作為熱源，使熱井工作溫度達到50℃左右，為108棟公寓共計7000平米的社區進(jìn)行供暖。

瑞士計劃在首都伯爾尼地區將發(fā)電站的廢熱存儲在地下砂巖含水層，以實(shí)現在冬季為該市舊城區提供供暖。該項目利用發(fā)電廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程中廢物、木材和天然氣等焚燒產(chǎn)生的熱量加熱地下水并將其泵入地下200~500米深的砂巖層中進(jìn)行存儲，預計可存儲熱容量為3~12兆瓦的廢熱。

結合當前中國的實(shí)際情況來(lái)看，北方地區清潔供暖是擺在全國地熱工作者面前的一個(gè)大問(wèn)題。無(wú)論是北京城市副中心、雄安新區，還是京津冀地區，地球充電/熱寶都大有用武之地。

舉例來(lái)說(shuō)，雄安新區自2004年大規模開(kāi)采深部震旦系霧迷山組大型巖溶熱儲的地下熱水進(jìn)行全縣供暖以來(lái)，水位從2004年的地下42米急速下降至2012年的地下81米。8年間下降了39米，平均每年下降近5 米?？梢韵胂?，這部分采出的地下熱水空間若加以回灌補充，可儲存巨大的熱水體積，從而增加雄安地區的地熱資源潛力。而且回灌后，可補充地熱田下降的熱儲壓力，也有助于恢復地下水位。

《“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng )新規劃》在“地熱能開(kāi)發(fā)與利用技術(shù)”板塊的“應用推廣”部分中提出，推廣含水層儲能、巖土儲能等跨季節地下儲熱技術(shù)利用，因地制宜推廣集地熱能發(fā)電、供熱(冷)、熱泵于一體的地熱綜合梯級利用技術(shù)。在“集中攻關(guān)”部分提出，開(kāi)展高溫含水層儲能和中深層巖土儲能關(guān)鍵技術(shù)研究，實(shí)現余熱廢熱的地下儲能。

這進(jìn)一步明確了“地球充電/熱寶”儲能技術(shù)在我國的應用。比如，發(fā)展含水層儲能技術(shù)，以地下水為介質(zhì)，以100%原水同層對井回灌為手段，利用含水層的地質(zhì)熱慣性進(jìn)行開(kāi)發(fā)。冬冷夏用，夏熱冬用，冷熱聯(lián)供，是中央空調系統的最佳冷熱源。與燃氣供熱和電制冷的傳統空調系統比較，供暖節能50%、制冷節能80%，同時(shí)可解決國內地下水源熱泵地下水不能有效回灌的瓶頸，讓地下水源熱泵起死回生。

做好頂層設計

中國石油石化：在現代能源體系建設中促進(jìn)我國地熱產(chǎn)業(yè)發(fā)展，您有什么建議?

汪集暘：發(fā)展地熱產(chǎn)業(yè)，一定要有頂層設計，要有總的規劃。規劃怎么做?首先要看資源條件。

我國地熱資源比較豐富?！?a href="http://keyinmall.com/t/中國可再生能源發(fā)展報告.html" >中國可再生能源發(fā)展報告(2020)》的數據顯示，我國336個(gè)主要城市淺層地熱能年可開(kāi)采資源量折合標準煤7億噸。在回灌情景下，中深層地熱能年可開(kāi)采資源量折合標準煤18.65億噸。全國埋深3000~10000米的深層地熱基礎資源量約為2.5×10^35焦耳，折合標準煤856萬(wàn)億噸。

雖然資源量豐富，但是分布不均勻。淺層地熱資源在全國范圍內普遍較為豐富，主要分布在北京、天津、河北、山東、江蘇、湖南、安徽、上海、陜西等省份。中深層地熱資源以中低溫為主、高溫為輔。中低溫型地熱資源主要分布在華北、松遼、蘇北、江漢、鄂爾多斯、四川等平原和盆地，以及東南沿海、膠東半島和遼東半島等山地丘陵地區。而高溫型地熱資源主要分布在西藏自治區南部、云南省西部、四川省西部和臺灣省。我歸納為“東高西低、南高北低”。

其次要看需求。北方有清潔取暖的需求，南方有因冬冷夏熱而產(chǎn)生的供暖、制冷需求。基于資源和需求兩方面的考慮，我認為我國地熱開(kāi)發(fā)應該遵循“深淺兼顧、由淺及深，熱電并舉、以熱為主、西電東熱，干濕有度、先濕后干”的總方針。

中國石油石化：為什么是“深淺兼顧、由淺及深，熱電并舉、以熱為主、西電東熱，干濕有度、先濕后干”?

汪集暘：這主要是從經(jīng)濟性方面考慮。開(kāi)發(fā)地熱不能只算政治賬，更應該算經(jīng)濟賬。

200米以淺的淺層地熱開(kāi)發(fā)難度低，用熱泵技術(shù)就可以實(shí)現開(kāi)發(fā)利用，因此利用成本低。而且江河湖海等水體里蘊含的熱能都可以開(kāi)發(fā)利用。南京江北新區江水源熱泵區域供冷供熱項目，根據項目規劃可向新區核心區的8.75平方公里近1600萬(wàn)平方米建筑群提供供冷供熱服務(wù)，每年可為新區節約用電量1.4億度電，相當于少燒4.69萬(wàn)噸標煤。從資源量上來(lái)說(shuō)，已經(jīng)可以很大程度上滿(mǎn)足清潔取暖、制冷方面的需求。而越往深層，開(kāi)發(fā)難度越大，對設備、技術(shù)的要求越高，成本也越高。因此，應該“深淺兼顧、由淺及深”。

至于“熱電并舉、以熱為主、西電東熱”是由我國地熱資源的分布情況決定的。我國的地熱資源以中低溫為主，更適合發(fā)展供熱。比如，東部地區的地熱資源用來(lái)發(fā)電品位不夠，而夏熱冬冷的氣候情況，用地熱供暖很適合。截至2020年，我國淺層地熱源熱泵供暖(制冷)面積已達到約8.58億平方米，位居世界第一。中國北方地區中深層地熱供暖面積累計約1.52億平方米。其中，河南等地增長(cháng)較快，形成較大規模的開(kāi)發(fā)利用，在散煤替代和實(shí)現區域清潔取暖方面發(fā)揮了較大作用。我國150℃以上的高溫地熱資源集中在西藏、云南騰沖一帶的滇藏地熱帶上，因此我國的地熱發(fā)電站也較為集中在這一地區?！丁?a href="http://keyinmall.com/t/十四五.html" >十四五”現代能源體系規劃》明確指出，“積極推進(jìn)地熱能供熱制冷，在具備高溫地熱資源條件的地區有序開(kāi)展地熱能發(fā)電示范”。地熱發(fā)電裝機容量落后于其他國家沒(méi)有關(guān)系，不應以地熱發(fā)電量論英雄，應以我國的實(shí)際需求為導向，以熱為主、西電東熱。

說(shuō)到“干濕有度、先濕后干”，我對近年來(lái)炒得很熱的干熱巖并不看好。深層(4000~10000米)干熱巖雖然資源量巨大，但開(kāi)發(fā)難度很大，技術(shù)、裝備水平達不到，因此開(kāi)發(fā)成本高昂。從上世紀70年代末至今，全世界前前后后有64個(gè)國家開(kāi)發(fā)過(guò)干熱巖，但到現在只有位于德國、法國交界處的1個(gè)干熱巖項目成功了。而該項目前后投資了1億多歐元，只有2000千瓦的裝機容量，投入產(chǎn)出比太低。賠本的買(mǎi)賣(mài)不能干，我國發(fā)展干熱巖應慎之又慎?？梢宰鲆恍┣捌谘邪l(fā)、跟蹤，但大量投入沒(méi)有必要。說(shuō)白了，開(kāi)發(fā)干熱巖是要人造熱儲系統，但已經(jīng)有很好的天然水熱系統為什么放著(zhù)不用，而要花巨資去人造?

總而言之，以這樣的頂層設計，政產(chǎn)學(xué)研用金服結合起來(lái)，特別是決策者要有清醒的認識，共同促進(jìn)我國地熱產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，為現代能源體系建設做出更大貢獻。