“十三五”期间,我国地热工业的动力奉献挨近规划方针,但开展不平衡。水热型地热供暖面积增长较快,浅层使用则不及预期;发电方针完结状况受资源地域散布特色与区域电力供给足够影响,与规划方针距离最大。碳排放达峰和碳中和方针局势下的可再生动力大开展时代降临,地热将在供热、发电范畴有更多的开展机会,但需求战胜方针从严与技能瓶颈两层因素限制。开展地热工业,近中期须遵从热电并重,先热后电,归纳使用,功率为先的全体开展思路,量体裁衣推进水热型、浅层地热供暖制冷在全国范围的使用,有序推进滇藏地热带开展地热发电;中长期要点开展中低温地热和干热岩发电;常态化地做好“温泉+”形式地热梯级使用。注重攻关中心关键技能,推行地热开发使用规范,加大地热勘查点评力度,争取必要的方针支撑,这些是地热工业开展的重要保障。
我国是地热使用大国,直接使用规划长期位居世界第一,但地热发电工业相对滞后,地热工业全体开展水平还有待进一步提高。跟着可再生动力开展提速,谋划地热工业的新开展显得非常紧迫和必要。2020年是《地热能开发使用“十三五”规划》(以下简称《规划》)收官之年,分析《规划》的执行状况及成败得失,对往后地热工业改进开展形式、规划开展路途以及提高开展质量具有重要现实意义。
作为地热开展的首部体系性方针指导文件,《规划》全面梳理了我国地热工业的资源基础,提出了开展方针、要点工程和施行途径。依照《规划》方针,到2020年,我国地热能消费规划折合7000万吨标煤;新增地热能供暖(制冷)面积11亿平方米,其间浅层地热能供暖(制冷)面积新增7亿平方米,水热型地热供暖面积新增4亿平方米,地热供暖(制冷)面积累计到达16亿平方米;新增地热发电装机容量500兆瓦,2020年总规划达530兆瓦。
归纳供暖、发电、温泉、饲养以及农业等范畴地热装机容量以及供暖制冷面积等数据测算,到2020年,我国地热实际使用量折合4800万吨标煤,完结规划方针的近70%。现有地热能使用结构中,浅层地热使用位居首位,占比52%;其次是水热型地热供暖,占比27%,继续坚持增长;再次是温泉使用,占比18%,其他使用方法占比3%(见图1)。
1)水热型地热供暖方针完结状况超出预期,浅层供暖制冷施行不及预期。供暖(制冷)方面,估量2020年全国可完结新增地热能供暖(制冷)面积8.98亿平方米,其间水热型地热供暖新增面积4.8亿平方米,浅层地热能供暖(制冷)新增面积4.18亿平方米,别离完结规划方针的120%和60%。地热供暖(制冷)面积累计到达13.92亿平方米,完结全体规划方针的87%。
水热型地热供暖项目大开展,首要受益于2014年国家动力局在河北雄县召开的全国地热能开发使用现场会,以及《地热能开发使用“十三五”规划》《北方区域冬天清洁取暖规划(2017-2021年)》《打赢蓝天保卫战三年行动计划》等文件及系列配套方针。管理大气污染、淘汰燃煤供暖锅炉等举措,极大推进了我国北方区域水热型地热供暖面积的快速增长,使得规划方针提早超额完结。
浅层供暖制冷施行状况不及预期,首要原因是该范畴前期开展较快,职业门槛低,资质欠安企业进入,导致部分工程质量问题杰出。不规范的浅层地热开发使用浪费了资源,导致社会各界对地热能开发使用产生误解,一些地方政府约束浅层地热能项目的开发使用,很大程度上影响了《规划》方针的如期完结。
2)地热发电距规划方针距离较大。估量到2020年底,地热发电装机容量累计约为49兆瓦,仅为《规划》方针的9.2%。发电装机容量大幅落后于方针,首要有两方面的原因。
一是低温地热发电技能瓶颈及高温资源的会集散布,约束了地热发电的地理空间拓展。上世纪七八十年代,我国曾在中低温地热发电方面取得重要进展,70℃的热水即可用来发电。但因为其时思想不够注重,资金投入缺少,人才队伍未能建立起来,中低温地热发电技能出现阻滞。依照现在技能水平,地热发电需求150℃以上的高温水热资源,此类资源首要会集在滇藏区域,其他区域的地热散布多以中低温为主。现在,全国地热发电运行项目仅有西藏羊八井和羊易项目。
二是滇藏区域电力供给相对足够,地方投资地热发电的积极性不高。西藏是其时全国最合适开展地热发电的区域,高温资源首要会集在这里,但西藏在“十三五”期间地热电力装机仅添加22兆瓦。因为该区域水力、太阳能等稳居电力供给主力地位,一定程度上压缩了地热发电需求(见图2)。云南的状况与西藏类似,根据云南省电力开展相关规划,该区域2020年发电装机容量达1亿千瓦,2025年达1.1亿千瓦,以水电为主的清洁动力装机占比超越80%。因为电力供给充沛,地方政府对地热发电缺少积极性。
我国《动力出产与消费革新战略(2016-2030)》提出,到2030年,我国非化石动力占一次动力消费份额达20%,2020年这一份额现已到达15.8%。因为可再生动力开展超出预期,国家调整了以可再生动力为主体的非化石动力开展方针,提出2030年非化石动力占一次动力份额到达25%,较之条件高了5个百分点。非化石动力的使用以热和电为主,地热开发使用的产品就是热和电。因此,在新的碳排放达峰以及碳中和方针驱动下,可再生动力开展潜力将被进一步开掘。地热资源丰富,理论上可在热和电供给范畴大显神通。
据原国土资源部我国地质调查局2015年调查点评成果,全国水热型地热资源量折合1.25万亿吨规范煤,年可挖掘资源量折合19亿吨规范煤;埋深在3000~10000米的干热岩资源量折合856万亿吨规范煤;全国336个地级以上城市的浅层地热能,年可挖掘资源量折合7亿吨规范煤。现在,地热在一次动力消费中占比较低,但资源量丝毫不差劲风电和太阳能,能够发挥后发优势,以较高的加速度扩展开展规划。
地热资源使用的最大优势是安稳性,不受时节改动和天气影响。在风力资源、太阳能资源、地热资源一起具有的地方,经过开展“地热+”形式的可再生动力和谐使用体系,能够弥补风力发电、太阳能发电、水力发电供给间歇性的缺少。
近10年,我国风电、太阳能发电装机坚持快速增长态势。2019年,非化石动力发电装机占总装机容量的41%,风电和太阳能发电装机容量之和达40万兆瓦以上,地热仅49兆瓦(见图3)。在太阳能、风电等已获先发优势的条件下,发挥地热发电的后发优势,是增强风电、太阳能发电供给安稳性的有利选择。
我国地热使用方法之所以长期粗豪,与缺少高水平地热使用技能高度相关。我国直接使用的水热型地热回灌率较低,一个首要原因是不掌握砂岩回灌中心技能,构成环境污染及其他衍生问题;浅层地热使用过程中的热平衡问题相同杰出,首要在于地源热泵体系优化运行技能实用程度及快捷化程度不高,影响其大面积推行。全体看来,无论是上游的地热勘探开发仍是终端使用,整个地热工业链的中心技能均不同程度地存在“短板”,限制了地热工业开发步伐。
因为可代替动力多元化开展的格局现已构成,各地动力供给相对充沛,地方政府对地热开发使用需求不强烈,缺少经过减税降费扶持地热工业的希望。不只如此,面临地热开展中出现的问题,地方政府倾向于采纳更加苛刻的管理。2020年,河北、山东等地政府关停部分地热井,首要代替方案是“煤改气”,其时,国内市场对冬天供暖期的气价遍及持低位运行判断。此外,2020年9月1日新版资源税施行,对地热企业经营测算发现,即便按1元/立方米规范征收资源税,大都地热开发使用企业也难以负担。
开展地热工业的方向须必定,全体开发使用思路应是热电并重,先热后电,归纳使用,功率为先。从资源使用的次第看,近中期优先开展供热,用于住宅供暖、温泉旅行、饲养、工业范畴;中长期跟着地热发电技能的老练,可当令开展地热发电工业。资源使用方法追求高效,在热电使用基础上,努力构成“地热+”多种新动力协同开展形式;以地热资源梯级使用为导向,经过工艺改造和创新,改动地热发电、地热供暖的传统规划方法,完结高低温逐级使用,最大极限地提高地热资源开发使用的经济价值。
1)水热型地热供热遵从资源导向、量体裁衣稳步推进全国范围供暖及资源梯级归纳使用。我国水热型地热资源首要散布在松辽盆地、渤海湾盆地、河淮盆地、江汉盆地、汾-渭河盆地、环鄂尔多斯盆地及银川平原等区域。现在,国内我国石化、我国石油等油企以及很多民企,已深度参与这些资源的开发。我国石化以地热开发使用“雄县形式”为蓝本,提出创建20个地热供暖无烟城的设想基本现已完结;新局势下又提出晋级“雄县形式”,打造以“地热+”为中心的地热开发使用“雄安形式”,由中小县城向农村和大中城市进军。估计,国内水热型地热开发使用将沿着这条路途开展下去。
2)浅层地热供暖制冷体系推进,注重在夏热冬冷区域推行。浅层地热能不只包含土壤中的地热能,并且地表水、城市污水也是地热能的重要资源。能够依照“宜土则土,宜水则水”的思路,量体裁衣地在全国推行地源热泵项目,带动浅层地热开发使用。地源热泵项目的最大优势,是项目能效比高于一般空谐和空气源热泵,并且后期运行费用较低。只需热泵技能快捷化程度得以明显提高,即便在寒冷区域也大有可为,辽宁就是现在地源热泵装机容量占比较大的省份,供暖制冷面积到达7000万平方米。
往后一个时期,南方冬天供暖将成为国家区域经济开展的重要支点,也是提高人民生活质量的重要标志。我国一切省会级以上城市,每年地源热泵体系(包含地埋管和地下水热泵)夏季(按5个月核算)换热量约为3万亿千瓦时,折合规范煤约3.83亿吨,可制冷面积为101亿平方米;每年地源热泵体系冬天(按4个月核算)换热量为1.5万亿千瓦时,折合规范煤约1.83亿吨,可供暖面积为119亿平方米。夏热冬冷区域具有丰富的浅层可挖掘资源量,推行使用地源热泵技能具有得天独厚的条件,现在地源热泵项目几乎在全国各地都有推行(见图4)。夏热冬冷区域浅层地热供暖制冷与城市建造、新农村建造坚持匹配,关于长江中下游区域经济社会开展有重要意义。此外,夏热冬冷区域地表水年可使用量达8000亿立方米,城市污水处理才能每天可达1亿立方米,这两者的可使用量,夏热冬冷区域占1/3以上,也是重要的地热冷热源。
据世界动力协会(WEA)发布的《联合国世界动力点评陈述》,地热发电的世界均匀使用功率可达72%,地热资源的直接使用功率为27%。地热发电在一切可再生动力发电中年使用小时数最高,全年90%以上的时刻都可用于发电。相比风电、太阳能等其他可再生动力,地热发电具有很高的使用功率。
1)近中期聚集高温地热发电。本世纪以来,我国频发极点天气,雨雪冰冻现象构成局部区域电力供给严重,极寒天气对电力供给提出了新要求,确保区域电力供给安稳,成为电力工业往后重要开展方针之一。再考虑碳排放达峰、碳中和方针下非化石动力所占份额持续提高的现实要求,电力供给安稳的重要性进一步凸显。现在,各区域电力供给现已完结多元化,统筹开展绿色电力与电力供给安稳两层方针,开展地热发电具有现实意义。在地热、风力、水力以及太阳能资源一起具有的区域,各种发电方法协同开展,可有效提高供给安稳性。
现在,应以滇藏作为地热发电的打破口,这两个区域富集高温地热资源,合适现有技能水平地热发电。据现有资料,西藏地热能发电潜力在3000兆瓦以上,地热资源首要用于发电。羊八井地热电站是我国最大的地热电站,也是世界仅有使用第四系浅层热储进行工业发电的电站,电站装机约27兆瓦,在拉萨电网中的负荷占比曾高达60%,上世纪70年代至今,累计发电30亿千瓦时。羊易地热电站是世界海拔最高(4650米)、完全完结100%回灌的地热电站,年发电量可达1.9亿千瓦时。
云南地处欧亚板块与印度洋板块的碰撞带及其影响区内,是我国大陆新近地史时期结构活动最活泼、最强烈的区域之一,地热异常十分明显,温泉/泉群数量约占全国已知温泉数的28%,居全国各省区之冠。均匀大地热流值比我国大陆代表性均匀值高出约10%。滇西腾冲、瑞丽等地坐落滇藏地热带欧亚板块与印度洋板块的缝合带附近,岩浆活动极为频繁,成就高温地热田。腾冲地热田计算热储温度为230℃,具有很大的发电潜力。现在,腾冲地热开发的要点在各种非电使用。一方面是电力供给相对充沛,另一方面地方政府倾向于发挥地热在旅行中的作用以拉动经济。腾冲地热旅行产品形式多样,经营者直接使用喷气孔、冒气地面、沸泉、沸喷泉、水热爆炸和间歇喷泉等高温地热景象开发当地旅行业,为地方带来了可观的收入。从资源散布看,云南东部煤炭资源相对丰富,但水力、地热资源较为贫乏。西部水力、地热资源丰富,但缺少煤炭和天然气资源,因为没有地热电站,仅靠水力发电易构成枯水时节缺电,若有地热电站辅佐供电,能够大大缓解和预防区域电力严重。
2)中长期聚集中低温地热及干热岩发电。中长期考虑开展中低温地热发电,条件是中低温地热资源发电技能攻关取得成效,并结合区域开展需求部署。能够考虑先在华北、江苏、福建、广东等区域建造若干中低温地热发电演示工程,构成以点带面开展形式。如前所述,20世纪七八十年代,我国地热使用水平曾与国际同步。其时,我国经济社会开展水平已具有了支撑地热发电的软硬件条件,在要点区域从头打破中低温地热发电技能,完全具有理论上的可能。
2011年,我国地质调查局对大陆3~10千米干热岩资源估算显示,地热资源基数约合856万亿吨规范煤。其间,深度3.5~7.5千米、温度150℃~250℃的干热岩储量巨大,约合200万亿吨标煤。即便仅有2%的储量得到开发,也将获得巨大能量。“十三五”期间,我国地质调查局在青海共和盆地恰卜恰区域施工干热岩探井4口,取得了干热岩勘探的打破。从远期看,干热岩发电应作为储备电力工程,可先从青海打破并与青海光伏项目呼应,构建安身青海的西北绿色电力网络。
温泉旅行、饲养及温室大棚是使用最快捷、普及程度最高的地热使用方法,仍将是往后地热开发使用的首要途径之一。从高效使用考虑,此类地热需求遵从梯级归纳使用思路,推进构成“温泉+”地热开展形式,以温泉开发带动旅行、农业及饲养。在温泉观光、休闲休假、康体疗养、温泉摄生和温泉农庄等传统温泉旅行产品基础上,量体裁衣开展新业态旅行产品,缩小淡旺季差异,打造全时节温泉产品,完结温泉旅行地的集约可持续开展。
作者单位:1.我国石化集团经济技能研究院;2.中石化新星(北京)新动力研究院有限公司
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