加快培育新業(yè)態(tài)、新場景、新模式

    我國積極開發(fā)利用地熱能,助力能源體系轉(zhuǎn)型和“雙碳”目標實現(xiàn)。近年來,多項政策出臺推動地熱能規(guī)模化開發(fā)。當前地熱產(chǎn)業(yè)市場需求旺盛,但面臨技術(shù)、成本等挑戰(zhàn)。專家建議,應(yīng)加大技術(shù)創(chuàng)新和智能化應(yīng)用力度,加快培育地熱產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)、新場景、新模式。

    地熱能是一種儲量豐富、分布較廣、穩(wěn)定可靠的可再生清潔能源。我國大力開發(fā)利用地熱能, 對構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系,助力實現(xiàn)碳達峰碳中和目標具有重要意義。

    2 0 2 1年,國家能源局等八部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于促進地熱能開發(fā)利用的若干意見》,指出要深化地熱資源勘查工作、積極推進淺層地熱能利用、穩(wěn)妥推進中深層地熱能供暖,鼓勵地方建設(shè)地熱能高質(zhì)量發(fā)展示范區(qū),穩(wěn)妥推進地熱能發(fā)電示范項目建設(shè)等重點工作。

    2 0 2 2年國家發(fā)展改革委發(fā)布《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》,指出積極推進地熱能規(guī)模化開發(fā),全面推進淺層地熱能開發(fā),積極推進中深層地熱能供暖制冷。

    2 0 2 4年7月3 1日,中共中央、國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于加快經(jīng)濟社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型的意見》, 明確指出大力發(fā)展非化石能源,因地制宜開發(fā)生物質(zhì)能、地熱能、海洋能等新能源。11月8日, 我國通過《能源法》,提出推進風能、太陽能開發(fā)利用,因地制宜發(fā)展地熱能等。

    當前,我國地熱產(chǎn)業(yè)市場需求旺盛,技術(shù)研發(fā)不斷進步,政策支持不斷強化,產(chǎn)業(yè)鏈逐步健全,地熱產(chǎn)業(yè)體系初步形成。生態(tài)環(huán)境部對外合作與交流中心政策研究部研究員張劍智認為,盡管我國清潔能源技術(shù)在電力、工業(yè)、建筑、交通、鋼鐵、農(nóng)業(yè)等行業(yè)得到大力發(fā)展,但是清潔能源技術(shù)開發(fā)成本高,數(shù)字化水平、智能化水平、儲能技術(shù)、調(diào)峰技術(shù)還需要進一步提高。由于美歐在氣候與清潔能源政策上具有不確定性和搖擺性,我國清潔能源企業(yè)和產(chǎn)品走出去面臨越來越大的挑戰(zhàn)。他建議完善綠色稅收、綠色信貸等激勵措施,加大清潔能源領(lǐng)域的資金投入力度,推進綠色低碳清潔能源發(fā)電、儲能等關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā),推進產(chǎn)學(xué)研用深度融合,進一步鞏固太陽能、風能、氫能、核能、地熱能等清潔能源技術(shù)在國際上的領(lǐng)先優(yōu)勢。

    我國地熱產(chǎn)業(yè)發(fā)展條件十分有利。與會專家表示,在政策支持下,地熱產(chǎn)業(yè)發(fā)展將迎來更大市場空間,要加大技術(shù)創(chuàng)新力度,拓展應(yīng)用場景,推動智能化與數(shù)字化等先進信息技術(shù)與地熱產(chǎn)業(yè)深度耦合,提升地熱能的利用效率和服務(wù)水平,加快培育地熱產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)、新場景、新模式。

    發(fā)展地下儲熱正當時

    我國風力、光伏發(fā)電快速發(fā)展,但面臨“棄風棄光”挑戰(zhàn)?？缂竟?jié)儲能技術(shù),尤其是地熱儲能成為解決方案,具有儲熱溫度高、能量密度大等優(yōu)勢。為提升地熱儲能系統(tǒng)性能,需關(guān)注地熱儲能關(guān)鍵技術(shù),如地熱儲能式供暖系統(tǒng)、熱儲強化調(diào)控及電熱耦合技術(shù)。

    太陽能和風能具有間歇性、不穩(wěn)定、不可控等特點,以致我國風光資源豐富的地區(qū)多受“棄風棄光”困擾。尤其是“三北”地區(qū),風力發(fā)電發(fā)展迅速,帶來了非常富裕的非連續(xù)電力資源,但“棄風棄光”時有發(fā)生。全國新能源消納監(jiān)測預(yù)警中心數(shù)據(jù)顯示,2023年,我國新能源棄風率達2.7%,棄風率超過5%的地區(qū)有4個。2024年,棄風、棄光率持續(xù)上升,1~6月,我國新能源棄風率增至3.9%,其中棄風率超過5%的地區(qū)增至8個。

    大比例可再生能源利用離不開跨季節(jié)儲能(夏季儲熱、冬季取熱),采儲結(jié)合的熱儲工程技術(shù)是經(jīng)濟性開采地熱能的工程技術(shù),可以將間歇性、不穩(wěn)定的風能轉(zhuǎn)為穩(wěn)定的地熱能進行儲存, 儲層深度一般在500~2000米、儲熱溫度在70~1 50攝氏度。

    深部地熱儲能的技術(shù)優(yōu)勢主要表現(xiàn)為儲熱溫度高、能量密度大,儲熱效率更高、能力更強、 運行成本更低,對淺部地下水不會造成污染。中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員龐忠和指出,未來以可再生能源為主體的能源結(jié)構(gòu)離不開長時間大容量儲能技術(shù)。地熱儲能條件好、潛力大、基礎(chǔ)好,雄安新區(qū)的初步試驗表明,中深層碳酸鹽巖地熱儲能技術(shù)可行、回收率高,綠色能源消納和經(jīng)濟效益均好,系統(tǒng)運行穩(wěn)定,可擴大中深層地熱儲能技術(shù)的應(yīng)用規(guī)模。

    什么是影響地熱儲能系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素?如何提升和優(yōu)化地熱儲能系統(tǒng)的回收率?如何建立地熱儲能系統(tǒng)的綜合評價體系?龐忠和認為這是要重點關(guān)注的地熱儲能關(guān)鍵技術(shù)問題。地熱儲能式供暖系統(tǒng)技術(shù),創(chuàng)新點在于以地熱能為基礎(chǔ)負荷,將過剩的風電資源就地消納,在電、熱、 儲三個環(huán)節(jié)進行有效配置與調(diào)控,實現(xiàn)供暖系統(tǒng)的穩(wěn)定運行;熱儲強化調(diào)控技術(shù),創(chuàng)新點在于利用水力壓裂或酸化壓裂等技術(shù),實現(xiàn)熱儲層的增強或改造,綜合利用地球物理、水文地質(zhì)和數(shù)學(xué)模型等手段,提高熱儲層儲熱效率,保障多能融合地熱儲能式供暖系統(tǒng)全生命周期穩(wěn)定運行;電熱耦合技術(shù),創(chuàng)新點在于基于“源網(wǎng)荷儲”協(xié)同優(yōu)化模型,探索風電反調(diào)峰特性與冬季供暖需求的聯(lián)動機制,研發(fā)高效電熱轉(zhuǎn)換設(shè)備,實現(xiàn)風電與熱力多維度耦合。

    油田地熱開發(fā)優(yōu)勢明顯

    地熱能作為一種穩(wěn)定可靠的可再生能源,與油氣行業(yè)關(guān)聯(lián)緊密。四川盆地地熱資源豐富,開發(fā)潛力巨大,同時,廢棄油井與地熱資源分布高度重疊。專家建議,利用優(yōu)質(zhì)廢棄油氣井開發(fā)地熱,并攻克相關(guān)技術(shù)難題,以優(yōu)化地熱儲能系統(tǒng),提升能源利用效率。

    地熱能不受天氣等自然條件的影響,平均能源利用率高于太陽能和風能,可用于供暖、發(fā)電等多個領(lǐng)域。在諸多可再生能源中,地熱能的勘探開發(fā)與油氣行業(yè)關(guān)聯(lián)度最大。

    地熱資源作為與石油共生于沉積盆地的資源,油田企業(yè)開發(fā)優(yōu)勢明顯:油田地熱儲量豐富, 且投資回收期短(3~5年);基礎(chǔ)設(shè)施極大降低了地熱開發(fā)成本,勘探、鉆井成本降幅在50%~65%, 鉆井成功率高;高產(chǎn)水井和廢棄油井是開發(fā)地熱的最佳候選井;擁有豐富的地質(zhì)、鉆井、測井、 地震、重磁等基礎(chǔ)資料,為地熱勘探、評價、開發(fā)和利用提供了巨大便利。

    四川盆地地熱資源量達到42.6萬億吉焦,折合標準煤14504億噸,資源豐度達到1.85億吉焦/平方公里,地熱資源位居中國沉積盆地之首,開發(fā)潛力巨大。

    在四川盆地油氣勘探開發(fā)過程中產(chǎn)生了大量廢棄油井,其分布與地熱資源分布高度重疊,可極大降低地熱開發(fā)鉆井成本;存在完備的地質(zhì)生產(chǎn)資料,可極大降低開發(fā)風險;廢棄油井后期處置和維護要耗費大量人力、物力,改造后,開采地熱可有效延長廢棄油井的生命周期,實現(xiàn)“變廢為寶”,因此利用廢棄油井開發(fā)中低溫地熱能具備先天優(yōu)勢。

    基于長期的地熱資源勘探及開發(fā)經(jīng)驗,成都理工大學(xué)地熱研究中心研究員姜光政建議,選擇具有優(yōu)質(zhì)儲層的廢棄油氣井,建立廢棄油氣井數(shù)據(jù)庫;橫向?qū)Ρ葐尉卣鲄?shù),挑出條件較優(yōu)的廢棄油氣井;根據(jù)四川盆地及礦權(quán)范圍地熱資源分布特征,優(yōu)選出最優(yōu)分級帶上的廢棄油氣井進入數(shù)據(jù)庫。他認為,地熱開發(fā)亟待攻克的技術(shù)主要包括油田水化學(xué)特征及結(jié)垢機理、油田地區(qū)地溫特征及聚熱機制、地熱儲層地質(zhì)建模及可視化、高礦化度地熱水高效換熱預(yù)處理及開發(fā)工藝、 碳酸鹽巖孔隙表征及滲流機理、油田結(jié)垢物微觀特征及除垢工藝、廢棄油氣井儲層改造關(guān)鍵技術(shù)及工藝等。

    創(chuàng)新引領(lǐng)淺層地熱能學(xué)科發(fā)展

    淺層地熱能在我國建筑供暖制冷及熱水供應(yīng)中具有顯著優(yōu)勢。華北平原等地自然條件優(yōu)越,淺層地熱能開發(fā)潛力巨大。雄安新區(qū)作為地熱優(yōu)勢城市,積極探索地熱多元化開發(fā)和梯級利用方式,建設(shè)地熱供暖區(qū)域并實現(xiàn)“地熱+”清潔供熱系統(tǒng)運營。未來,應(yīng)持續(xù)探索淺層地熱能地質(zhì)學(xué)理論及方法,開展高效轉(zhuǎn)化及應(yīng)用研究,并深化地質(zhì)環(huán)境影響研究,助力“雙碳”目標實現(xiàn)。在可再生能源中,地熱能在我國建筑物供暖制冷及生活熱水提供方面具有得天獨厚的優(yōu)勢, 特別是淺層地熱能,分布面積廣、開采難度小、熱泵技術(shù)成熟,可以有效降低我國建筑能耗與碳排放。

    我國農(nóng)村地區(qū)供熱約占全國供熱面積的1/3,是推廣清潔供熱的薄弱環(huán)節(jié),農(nóng)村燃煤替代刻不容緩,淺層地熱能高效利用發(fā)展空間巨大。淺層地熱能是指蘊藏在地表以下一定深度(一般小于200米)范圍內(nèi)巖土體、地下水和地表水中,在當前技術(shù)經(jīng)濟條件下,具有開發(fā)利用價值的熱能,溫度一般低于25攝氏度。

    華北平原屬暖溫帶大陸季風氣候,夏季需要制冷、冬季需要供暖,同時又具有良好的地熱地質(zhì)和水文地質(zhì)條件,淺層地熱能開發(fā)利用具有得天獨厚的自然條件。同時,河北省平原地區(qū)能源匱乏,為了加速經(jīng)濟發(fā)展,開發(fā)利用淺層地熱能勢在必行。

    河北省淺層地熱能開發(fā)始于2001年,淺層咸水式地源熱泵技術(shù)利用工程主要集中在農(nóng)村, 分散式夏季制冷,開發(fā)利用方式為“水空調(diào)”和“水簾”兩種方式。地埋管式地源熱泵工程大部分位于城市和縣城城區(qū),主要用于機關(guān)、學(xué)校、商場、酒店、住宅、醫(yī)院等公共建筑。

    2 0 2 2年2月,河北省印發(fā)《關(guān)于促進全省地熱能開發(fā)利用的實施意見》,提出積極推進淺層地熱能利用結(jié)合供暖(制冷)需求,因地制宜推進淺層地熱能利用,建設(shè)淺層地熱能集群化利用示范區(qū)。

    結(jié)合河北淺層地熱能開發(fā)的實際,河北省地熱資源開發(fā)研究所研究員趙紅亞認為,應(yīng)加強淺層地熱能區(qū)域地質(zhì)勘查工作,提高勘查精度;對現(xiàn)有的淺層地熱能利用工程進行長期監(jiān)測,研究其運行效果、能效比及運行過程中對地質(zhì)環(huán)境的影響,優(yōu)化工程設(shè)計參數(shù);建立示范工程,調(diào)動建設(shè)單位開發(fā)利用淺層地熱能的積極性,積極建設(shè)并申報可再生能源示范工程。

    雄安是世界上少有的地熱優(yōu)勢城市,埋藏淺、溫度高、水質(zhì)好、易回灌,地熱田總面積1256 平方公里,總儲存量377億立方米,可開采量4億立方米?！?a href="http://3drweb.com/t/河北.html" >河北雄安新區(qū)總體規(guī)劃(201 8~2035 年)》提出“推進本地可再生能源利用”,要求科學(xué)合理利用地熱能,探索建立地熱供暖、制冷等多元化開發(fā)和梯級利用方式。7年多來,雄安新區(qū)建設(shè)完成中深層、淺層地熱和地下水自動化動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng),開展了17個地塊、總面積440平方公里的地熱勘查,擁有了13個地熱采礦權(quán),中試基地3萬平方米利用淺層地熱能的廠房投入使用,新建片區(qū)800萬平方米的地熱供暖區(qū)域?qū)崿F(xiàn) “地熱+”清潔供熱系統(tǒng)運營。同時,雄安新區(qū)不斷探索“油退熱進”工業(yè)化地熱開采模式,積極申報國家地熱高質(zhì)量發(fā)展示范區(qū),為未來之城建設(shè)持續(xù)賦能。

    自然資源部淺層地熱能重點實驗室科技辦負責人李翔說,面向國家新能源與可再生能源發(fā)展、科技發(fā)展的戰(zhàn)略目標和重大需求,凸顯綠色發(fā)展理念,開展戰(zhàn)略性、前沿性的淺層地熱能應(yīng)用基礎(chǔ)研究和淺層地熱能利用關(guān)鍵環(huán)節(jié)技術(shù)攻關(guān),以創(chuàng)新為引領(lǐng),推動淺層地熱能學(xué)科發(fā)展和技術(shù)進步,建設(shè)高水平科技人才高地,助力自然資源管理和“雙碳”目標實現(xiàn)。

    李翔建議持續(xù)探索淺層地熱能地質(zhì)學(xué)理論及方法。從地埋管換熱特性、土壤儲能熱濕遷移規(guī)律、地下水循環(huán)及中深部構(gòu)造等對淺層地溫場影響等方面研究淺層地熱能成因機理,開展淺層地熱能勘探評價方法體系研究;多維度開展淺層地熱能高效轉(zhuǎn)化及應(yīng)用研究,開展不同巖層的儲熱性能及巖土體換熱試驗,提升寒區(qū)淺層和中深層換熱系統(tǒng)換熱能力,明確地下水滲流對溫度場分布、地埋管換熱特性的影響,推進地埋管換熱系統(tǒng)研究及測評方法研究,開展淺層地熱能利用系統(tǒng)仿真和優(yōu)化設(shè)計等;繼續(xù)深化淺層地熱能利用地質(zhì)環(huán)境影響研究,應(yīng)用光纖測溫技術(shù),開展物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測預(yù)警,減少井群復(fù)雜熱交互作用影響,核算全流程碳排放等。