新聞動態

新聞動態

汪集暘院士:我國地熱清潔取暖產業現狀與展望

  • 分類:企業動態
  • 作者:汪集暘?龐忠和?孔彥龍?程遠志?羅霽
  • 來源:《科技促進發展》2020年Z1期
  • 發布時間:2020-09-11
  • 訪問量:0

【概要描述】地熱作為一種可再生清潔能源,是清潔取暖最具競爭力的能源之一。開發利用地熱能源對于國家能源結構調整、節能減排和改善環境具有重要的現實意義,并能產生深遠的影響。近20年來,我國地熱取暖規模增速顯著,地熱直接利用總量位居世界第一。然而,目前的發展遠遠不能滿足我國清潔取暖不斷增長的需求,未來地熱取暖市場潛力巨大。但是,在地熱清潔取暖推進過程中,也產生了一系列問題,包括管理政策不完善、發展方向不明確、人才儲

汪集暘院士:我國地熱清潔取暖產業現狀與展望

【概要描述】地熱作為一種可再生清潔能源,是清潔取暖最具競爭力的能源之一。開發利用地熱能源對于國家能源結構調整、節能減排和改善環境具有重要的現實意義,并能產生深遠的影響。近20年來,我國地熱取暖規模增速顯著,地熱直接利用總量位居世界第一。然而,目前的發展遠遠不能滿足我國清潔取暖不斷增長的需求,未來地熱取暖市場潛力巨大。但是,在地熱清潔取暖推進過程中,也產生了一系列問題,包括管理政策不完善、發展方向不明確、人才儲

  • 分類:企業動態
  • 作者:汪集暘?龐忠和?孔彥龍?程遠志?羅霽
  • 來源:《科技促進發展》2020年Z1期
  • 發布時間:2020-09-11
  • 訪問量:0
詳情

  地熱作為一種可再生清潔能源,是清潔取暖最具競爭力的能源之一。開發利用地熱能源對于國家能源結構調整、節能減排和改善環境具有重要的現實意義,并能產生深遠的影響。

  近20年來,我國地熱取暖規模增速顯著,地熱直接利用總量位居世界第一。然而,目前的發展遠遠不能滿足我國清潔取暖不斷增長的需求,未來地熱取暖市場潛力巨大。但是,在地熱清潔取暖推進過程中,也產生了一系列問題,包括管理政策不完善、發展方向不明確、人才儲備不足等。

  本文在分析我國地熱資源特征和地熱取暖利用現狀的基礎上,指出應當加強頂層設計,完善管理政策,堅持“熱電并舉、西電東熱;深淺結合,由淺及深;干濕有度,先濕后干;天地合一,動靜結合”的開發方向,加強人才培養。

  汪集暘院士

  01 前言

  地熱是一種清潔低碳、分布廣泛、資源豐富、安全穩定的優質可再生能源。中國地熱能發展報告^[1](2018)指出,根據《地熱能開發利用“十三五”規劃》,到2020年末,中國地熱能年利用量將到達7000萬噸標準煤當量(標煤),在一次能源消費總量(48億t標煤)中的占比達1.46%,比2015年提高1%, “十三五”時期地熱能利用增量將占非化石能源增量的1/3。顯然,這將對于我國能源結構轉型發揮重要作用。我國北方地區、高原寒冷地區乃至南嶺以南部分地區冬季氣溫低,建筑取暖需求大。近10年來,由于化石燃料使用過多,霧霾頻發。近年來,國家大力提倡利用包括地熱能在內的清潔能源取暖,霧霾天數逐年減少,大氣環境呈現向好趨勢。我國地熱清潔取暖是一個新興能源產業,在改善大氣環境和優化能源結構中正在發揮越來越大的作用。10年來,我國地熱清潔取暖在產業發展過程中遇到了各項瓶頸因素,包括政策、科技、市場多方面,但也取得了長足進展。在管理方面,從國家到地方出臺了若干措施;在技術方面,在地熱開采和熱能轉化利用的兩個主要環節上也研發出了系列新方法、新技術和新工藝,社會需求和技術進步推動各地地熱取暖市場健康發展,產業規模空前高漲,直接利用總量及其分項指標連續保持世界第一。但是,隨著地熱能產業的發展,一些新的問題也不斷涌現。那么,我國地熱取暖產業具有多大的潛力?未來發展應當朝什么方向?如何引導產業做到高質量可持續的發展?本文基于以上問題進行研究,并針對制定我國地熱取暖產業發展戰略提出建議。

  02 我國地熱資源基本特征與利用現狀

  地熱資源按深度劃分為淺層,中深層和深層地熱資源^[2]。淺層地熱能通過鉆孔熱交換器(Borehole Heat Exchangers ,BHE)及熱泵得以開發利用,其深度范圍一般為200 m以淺,包括土壤層及淺層含水層。中深層地熱資源一般介于 200 m 和 3000 m 之間,開采系統還可細分為水熱系統中的對流換熱系統(在含水層中布置開采井和回灌井)和傳導換熱系統(深井換熱系統-DBHE)。深層地熱資源埋深通常超過3000 m,可分為干熱巖或水熱系統。

  通過60多年的發展,我國大陸的熱背景及地熱資源分布逐漸清晰^[3]。我國處于兩個全球性地熱帶上,西南地區的“滇藏地熱帶”是地中海-喜馬拉雅地熱帶的東延地段,而東部的臺灣地熱帶則屬于環太平洋地熱帶。在這樣的大地構造和區域地熱背景下,西南形成了喜馬拉雅地熱帶上的高溫對流型地熱系統,東部形成了環太平洋地熱帶上的高溫對流型地熱系統。這兩個地熱帶地質構造均屬于板塊邊緣地熱帶。

  除此之外,全國其他地區,形成了大量廣泛分布的中低溫地熱系統,其中包括:大型沉積盆地中的中低溫傳導型地熱系統和隆起山區的中低溫對流型地熱系統。我國大型沉積盆地中蘊含著豐富的中低溫地熱資源。從成因類型上看,它們以中低溫傳導型地熱系統為主,特別對于新生界砂巖熱儲而言,大多如此。然而,在基巖裂隙和巖溶空洞儲層中,垂向對流比較強烈,在局部地帶,往往是由于斷裂邊界活動的影響,形成傳導-對流復合型的地熱系統。

  在板塊構造格局的影響下,我國主要沉積盆地的地熱背景由東至西,依次為熱盆、溫盆和冷盆分布。東部的松遼盆地、渤海灣盆地、蘇北盆地等屬于熱盆,地熱資源相對豐富。在沉積盆地地熱系統中,主要熱儲類型有砂巖孔隙型熱儲和基巖裂隙-巖溶型熱儲。其中,基巖裂隙-巖溶型地熱儲的熱流體循環條件更加優越,開發利用潛力更大。將我國的碳酸鹽巖分布疊加在大地熱流圖上可知,我國碳酸鹽巖的分布總面積占陸地面積的1/3,裸露面積約為90萬km^2,隱伏面積達250萬km^2以上。基于巖溶發育程度的差異,以雄縣地熱系統和蘇北地熱系統為參照,采用類比法估算了全國巖溶熱儲地熱資源潛力,結果為5000~50000億t標準煤,可見潛力巨大^[4]。雄安新區和北京市副中心均在巖溶型熱儲分布的渤海灣盆地內,實測大地熱流值顯示出了雄安新區極好的構造熱背景。未來,在雄安新區和北京市副中心清潔取暖中,地熱資源均將大有作為^[5]。

  我國地熱資源的開發利用始于20世紀70年代初,受世界石油產量下降影響,大量的地熱田得以開發,尤以水熱型資源為主,主要用于旅游康養等產業,比較單一。近20年來,地熱取暖超過洗浴,占主導地位,地熱的非電熱直接利用被作為能源的新門類,受到廣泛重視。華北及其以北地區是地熱取暖主戰場。

  近年來,受全球氣候變化的影響,北部冷空氣不斷南下,雨雪分界線南移,南方居民冬季受寒冷潮濕氣候的困擾加劇,長三角地區冬季取暖需求越來越強烈,該地區是地熱開發利用的有利遠景區。長三角地區的地熱資源開發利用處于快速發展階段。中深層水熱型地熱資源利用形式以溫泉旅游為主,水產養殖等其他方式為輔。淺層地熱能的利用始于20世紀60年代,近10年,地源熱泵系統在建筑物空調系統中的應用得到了快速發展,并取得了良好的節能效果。由于淺層地熱能儲量巨大和清潔環保,利用熱泵技術,幾乎適用于任何建筑物。長三角淺層地熱能地質條件優越,適宜開發,在國家政策和市場需求的推動下,長三角地區地熱取暖產業必將得到快速發展。

  03 地熱清潔取暖技術模式評述

  3.1 地熱清潔取暖

  北方地區清潔取暖比例較低,特別是部分地區冬季大量使用散燒煤及熱效率低下的小型燃煤鍋爐,大氣污染物排放量大,迫切需要推進清潔取暖,這與廣大群眾生活水平的提高和生活環境的改善息息相關。

  2014年6月,國務院辦公廳印發《關于印發能源發展戰略行動計劃(2014-2020年)的通知》,鼓勵有條件地區發展地熱能等可再生能源取暖。2016年12月,中央財經領導小組第十四次會議決策推進北方地區冬季清潔取暖,加快提高清潔取暖比重。

  2017年,國家發展改革委、科學技術部、住房和城鄉建設部、財政部和國家能源局等部門先后印發《關于印發“十三五”節能減排綜合工作方案的通知》、《京津冀及周邊地區2017-2018年秋冬季大氣污染綜合治理攻堅行動方案》、《關于北方地區清潔供暖價格政策的意見》、《關于推進北方采暖地區城鎮清潔供暖的指導意見》和《北方地區冬季清潔取暖規劃(2017-2021年)》等相關政策與規劃,為北方地區清潔取暖工作的開展提供了政策和財政支持。我國北方多省市陸續出臺了相應的清潔取暖配套規劃和實施方案。如河北省發布《河北省城鎮供熱“十三五”規劃》,天津市發布《天津市居民冬季清潔取暖工作方案》,河南省發布《關于開展地熱能清潔供暖規模化利用試點工作的通知》和山東省發布《山東省冬季清潔取暖規劃(2018-2022年)》,這些規劃積極推動了地熱能等清潔能源取暖。北方地區清潔取暖工作進展順利、成效顯著。據國家能源局統計,截至2019年9月,北方地區冬季清潔取暖率達到50.7%,替代散燒煤約1億t。其中,“2+26”個重點城市清潔取暖率達到72%,城市地區清潔取暖率達到96%,縣城和城鄉結合部的清潔取暖率達到75%,農村地區清潔取暖率為43%,整體超過規劃目標。清潔取暖產業發展迅速,地熱開發企業規模顯著擴大。科技工作得到重視,基于中科院研發的關鍵技術和中石化的企業創新理念,雙方合作打造的“雄縣模式”在這個過程中發揮了不可替代的作用,在政府的高度重視下,示范引領效果顯著。

  3.2 地熱清潔取暖技術模式

  地熱取暖是利用地熱資源,使用換熱系統提取地熱資源中的熱量,向用戶供暖的方式,其技術模式按照所利用地熱資源、賦存介質特征及換熱技術的不同,可以分為:淺層地熱能取暖(制冷)模式;水熱型地熱能取暖模式;中深層地源熱泵取暖模式。

  (1)淺層地熱能取暖(制冷)模式

  地源熱泵技術是一種利用淺層地熱資源的低品位熱源,既可供熱又可制冷的高效節能的空調技術。它能夠實現對建筑物三聯供系統的能源供給,是淺層地熱能最主要的開發利用方式。地源熱泵主要分為地埋管熱泵、地下水熱泵和地表水源熱泵等。

  (2)中深層水熱型地熱能取暖模式。

  中深層水熱型地熱資源一般深度在3000 m以淺,由地下水作為傳熱載體,可以通過抽取熱水或者水汽混合物提取熱量。水熱型地熱取暖技術通過開采井抽取地熱水,通過換熱站將熱量傳遞給供熱管網中的循環水,輸送給用戶,溫度降低后的地熱尾水通過回灌井注入地下,實現循環利用。

  (3)中深層地源熱泵取暖模式。

  中深層地源熱泵技術基于同軸雙套管水循環原理,將地熱井內換熱器加熱循環出來的熱水作為熱源進入高溫熱泵機組,通過高溫熱泵機組的提升,達到建筑物供熱所需的供水溫度實現向建筑物穩定供暖。它具有節能環保、應用靈活和穩定可靠等優勢,是實現地熱可持續利用的一種重要途徑。但是,單井每延米取熱能力有限[6],單一熱源的供熱能力有限。該項技術僅在我國個別地區試驗性應用,未來的研究重點是通過鉆孔與儲層的關聯強化、供熱系統的效率的優化來提高單井每延米的取熱能力。

  04 中國地熱取暖產業發展展望

  4.1 社會需求巨大并且不斷增長

  隨著經濟發展和人民生活水平的不斷提高,我國建筑面積預期至2050年達到500億m^2,北方冬季取暖是剛性需求^[7],南方有空調制冷的需求。建筑取暖和制冷市場巨大,在數萬億元人民幣規模。隨著人們生活水平的提高,對于清潔取暖的追求與日俱增。強大的內需不斷拉動能源消費市場。在國家層面,政府把清潔取暖提高到國家生態安全的高度來看待,政策導向勢必不斷推動能源轉型和取暖方式的變革。

  4.2 政府不斷出臺鼓勵清潔取暖政策

  國家層面出臺的有關激勵政策有:

  2017.3.23,生態環境部,《京津冀及周邊地區2017年大氣污染防治工作方案》;

  2017.5.16,財政部,《關于開展中央財政支持北方地區冬季清潔取暖試點工作的通知》;

  2017.9.6,住建部,《關于推進北方采暖地區城鎮清潔供暖的指導意見》;

  2017.9.19,國家發改委,《關于北方地區清潔供暖價格政策的意見》;

  2017.12.20,國家發改委,《北方地區冬季清潔取暖規劃(2017-2021年)》;

  2017.12.29,國家發改委,《關于加快淺層地熱能開發利用促進北方采暖地區燃煤減量替代的通知》;

  2018.6.7,生態環境部,《2018-2019年藍天保衛戰重點區域強化督查方案》。

  這些政策文件的出臺,充分體現了政府對地熱清潔取暖的重視。

  4.3 技術進步為資源利用市場發展提供動力

  清潔取暖技術與新風技術的融合,是現代建筑風氣的普遍追求目標,而這兩項技術都比較成熟。新興技術也為今后地下地上結合成為高效可持續的清潔全取暖成套技術體系,創造了支撐條件。未來,技術的不斷發展,還將帶動資源類型的不斷擴展。比如,地表水源熱泵的大量采用,海水源熱泵的提升,為淺層地熱能的利用帶來新的巨大發展空間。

  05 結語

  我國地熱資源的開發利用在“政、產、學、研、用”的共同努力下,進展迅速,成績斐然。但是,在地熱開發熱潮下,也產生了一系列問題,如管理政策不完善、發展方向不明確、人才不足等。為促進地熱清潔取暖產業發展,針對以上問題,本文建議如下:

  (1)加強地熱能開發的頂層設計

  地熱只是可再生能源大家庭中的一員,必須放在可再生能源發展的大局中去規劃。要在國家層面上,充分考慮我國各個地區的地熱稟賦與冷熱需求,做好宏觀規劃。同時,還要在管理政策上加以完善,制定地熱管理辦法,明確管理部門,避免多頭管理。出臺優惠措施,鼓勵和保護企業實施地熱取暖;加強監管,對違法違規企業加大處罰力度,規范市場。

  (2)明確地熱資源開發思路

  ’我們提出如下開發思路:“熱”“電”并舉,西“電”東“熱”——在高溫地熱豐富的西部地區優先發展地熱發電,在東部地區則優先發展地熱取暖;“深”“淺”結合,由“淺”及“深”——從淺層地熱資源開始開發,逐步深入;“干”“濕”有度,先“濕”后“干”——現階段不宜不計成本地開發干熱巖,而應優先用好水熱資源;“天”“地”合一,“動”“靜”結合——充分發揮“地熱+”的模式,與太陽能、風能等可再生能源互補聯動。

  (3)全面推進人才隊伍建設

  自20世紀70年代以來,我們已經培養一批專業技術人才,為我國地熱產業發展做出了顯著貢獻。但我國地熱市場規模巨大,相關企業有數千家之多,隨著未來地熱清潔取暖市場的進一步擴大,從科研、管理到技術,人才匱乏現象均愈發顯著。因此,高校和企業應當加大地熱專業人才培養力度,打造常態化和可持續化的人才培養體系,為地熱產業提供充足的人才支撐。

 

參考文獻

  [1] 自然資源部中國地質調查局, 國家能源局新能源和可再生能源司, 中國科學院科技戰略咨詢研究院. 中國地熱能發展報告-2018[M]. 北京: 中國石化出版社, 2018.

  [2] 汪集暘. 地熱學及其應用[M]. 北京: 科學出版社, 2016.

  [3] 汪集暘, 胡圣標, 龐忠和, 等. 中國大陸干熱巖地熱資源潛力評估[J]. 科技導報, 2012, 30(32): 25-31.

  [4] 龐忠和, 胡圣標, 汪集暘. 中國地熱能發展路線圖[J]. 科技導報, 2012, 30(32): 18-24.

  [5] 龐忠和, 孔彥龍, 龐菊梅, 等. 雄安新區地熱資源與開發利用研究[J]. 中國科學院院刊, 2017, 32(11): 1224-1230.

  [6] 孔彥龍, 陳超凡, 邵亥冰, 等 深井換熱技術原理及其換熱量評估[J]. 地球物理學報, 2017, 60(12): 4741-4752.

  [7] 清華大學建筑節能研究中心. 中國建筑節能年度發展研究報告2019[M]. 北京: 中國建筑工業出版社, 2019.

 

文章信息

  引用本文: 汪集暘,龐忠和,孔彥龍等.我國地熱清潔取暖產業現狀與展望[J].科技促進發展,2020,16(z1):294-298. (WANG Jiyang,PANG Zhonghe,KONG Yanlong,et al.Status and Prospects of Geothermal Clean Heating Industry in China[J].SCIENCE AND TECHNOLOGY FOR DEVELOPMENT,2020,16(z1):294-298.)

  作者簡介:*汪集暘,院士,博士,研究員,博士生導師,研究方向:地熱和水文地質。

  基金信息: 國家科技部國家重點研發計劃課題(2019YFC0604901):華南火成巖地區深層熱源機制與地熱系統成因模式,負責人:李義曼;中國科學院學部咨詢評議項目(2020-DX03-B-007):長三角地區地熱資源及其綜合利用研究,負責人:汪集暘。

掃二維碼用手機看

CONTACT INFORMATION

聯系方式

長沙市開福區新河街道晴嵐路68號

0731-84675757     0731-89700448     18974989559

543535009@qq.com

OFFICIAL ACCOUNTS

公眾號

歡迎關注我們的官方公眾號

公眾號二維碼

ONLINE MESSAGE

客戶留言

描述:
欧洲pk韩国黄色视频