让天更蓝、水更清、树更绿
我们要紧紧抓住国家大力推进能源结构调整、积极应对气候变化和大气污染治理的有利时机,做好地热发展的规划和布局研究,快速优质高效地开发地热资源,使我们的天更蓝、水更清、树更绿,为我国早日全面实现两个一百年的目标贡献一份力量。 ——曹耀峰
不久前发布的《可再生能源“十三五”规划》提出,到2020年,地热供暖利用总量4200万吨标准煤。很多人说,地热产业的春天终于来了。
而在刚刚过去的2016年年末,由国土资源部科技与国际合作司、教育部科技司、中科院重大任务局及中国地震局科技司联合举办的关于地热资源探测与地热能利用研讨会上,针对深部地热资源探测与地热能利用提出了初步的总体目标,即到2030年,我国地热能利用在一次总能源消费中占比达到3%;建立地热能源探测与规模开发成套技术,突破干热岩高效利用核心技术,为地热能源占国家一次能源消费总量达3%提供科技支撑,促进我国地热能大规模开发利用及产业化;地热资源开发每年减排二氧化碳10亿吨,约占全国碳排放量的8%;地热开发利用年产值达到5万亿元,约占全国GDP的8%;京津冀地区地热能利用占一次能源比例达到10%,地热供暖占京津冀总人口的5%。
也是在这次研讨会上,中国工程院院士、国家地热中心指导委员会主任曹耀峰分析阐述了中国地热产业未来在国民经济社会发展中的地位、发展机遇与挑战。
记者:您曾在第八届中国地源热泵行业高层论坛上透漏,“十三五”地热供暖/制冷面积累积新增11亿平方米。其中,浅层地热能7亿平方米,中深层地热4亿平方米。到2020年,我国地热供暖/制冷面积将累计达到16亿平方米,共可替代标煤7210万吨。那么,地热作为一种新能源有哪些突出优势?
曹耀峰:传统意义上认为,地热资源是一种可再生的清洁能源,储量大、分布广,具有清洁环保、用途广泛、稳定性好、可循环利用等特点,与风能、太阳能等相比,不受季节、气候、昼夜变化等外界因素干扰,是一种现实并具有竞争力的新能源。
在2016年6月20日中国工程院召开的“中国地热产业规划和布局战略研究”重点咨询项目启动会上,多位院士专家表示,地热除了传统意义上的优势之外,还在加快调整能源结构、强化雾霾治理、积极应对气候变化挑战的大格局中具有非常重要的作用。
记者:请您进一步讲讲在加快调整能源结构、强化雾霾治理、积极应对气候变化挑战中,地热具体将发挥哪些重要作用?
曹耀峰:首先,地热将在未来能源结构中比重增加。按照《能源发展“十三五”规划》,我国非化石能源占比从2015年的12%提高到2020年的15%,增长3个百分点。根据《“十三五”地热产业发展规划》,到2020年累计达到地热供暖/制冷面积16亿平方米,加上发电、种植、养殖、洗浴等,共可实现替代标煤7210万吨。按照2020年能源消费总量48亿吨标煤测算,届时地热占比将达到1.5%,比目前的0.5%,提高1个百分点。也就是说,在非化石能源今后五年的3个百分点增幅中,地热 “三分天下有其一”。这说明地热在未来能源结构调整中的贡献十分巨大。
其次,地热能利用有助于降低我国碳排放总量和碳强度。2015年巴黎气候大会上通过了《巴黎协定》,代表着人类应对全球气候变化挑战的一个新的里程碑。在巴黎气候大会后,中国对到2030年的碳排放强度和达到峰值的期限都做了承诺,未来中国碳减排的压力将十分突出。而在“十三五”规划中,地热将实现替代标煤7210万吨,相对应的减排二氧化碳1.77亿吨,这对于我国应对全球气候变化具有重要的意义。
再次,地热能利用将有效降低大气污染物排放。目前,大气污染造成难以躲避的雾霾天,引起社会强烈的关注。我国已经发布了“大气10条”即《大气污染防治行动计划》。目前,对造成雾霾主要原因的认识越来越趋向于认为燃煤采暖锅炉和散煤燃烧是造成雾霾的重要诱因。根据《锅炉大气污染排放标准》(GB13271-2014),二氧化硫、氮氧化物和粉尘排放标准分别为400mg/m3、400mg/m3、80mg/m3,而燃煤电厂锅炉执行《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011),二氧化硫、氮氧化物和粉尘排放标准分别为100mg/m3、100mg/m3、30mg/m3。采暖锅炉二氧化硫、氮氧化物和粉尘分别是电厂锅炉的4倍、4倍和2.5倍。
据测算,1吨散煤直燃的污染物排放量是1吨工业燃煤经集中减排后污染物排放量的十几倍。 相对于太阳能发电、风电等,替代的燃煤电厂排放的污染物,地热供暖替代的是供暖锅炉的燃煤和直燃的散煤所产生的污染物。因此,发展地热对于大气污染治理的意义将更加突出。
记者:目前,煤炭在我国整个能源消费中的比重仍然偏高,比如2016年还有61.3%。这对我国地热产业规划布局有哪些影响?
曹耀峰:从2014年能源消费的部分数据看,能源消费量为42.6亿吨标煤。其中,煤炭消费27.9亿吨标煤,石油消费7.4亿吨标煤,天然气消费2.4亿吨标煤,非化石可再生能源消费4.9亿吨标煤。2014年,煤炭占一次能源消费比例达65%,石油占17.4%,天然气占5.6%,非化石可再生能源占11.5%。能源消费结构调整压力较大。这种境况到2015年稍有改观。
国家标准《民用建筑热工设计规范》用累年最冷月和最热月平均温度作为主要指标,将全国划分为严寒、寒冷、夏热冬冷、夏热冬暖和温和五个地区。目前,我国供暖主要是严寒、寒冷区域。但是随着我国经济社会发展,夏热冬冷和温和区域的供热需求越发强烈。夏热冬冷地区集中供暖比例低,供暖以空调、电直热采暖为主,能源转换效率较低。而依据冬季供暖的实际情况看,在我国,法定要求建筑采暖的省(区、市)包括:北京、天津、河北、山西、内蒙古、辽宁、吉林、黑龙江、山东、河南、陕西、甘肃、青海、宁夏、新疆、西藏等17省市。随着城镇化的发展,供热面积持续增长。截至2014年,供热面积已达126亿平米,供暖能耗1.84亿吨标煤。同时,北方城镇供热热源结构也发生了显著变化。燃煤锅炉采暖比例逐渐减少,燃气与热电联产供暖比例逐年增加,地热等新型供热方式占比仍然很低。这在大力推进能源结构调整的当下,对地热供暖及整个产业发展来说是一个重要的机遇。
记者:我国地热能资源丰富。有专家介绍说,其利用包括两种方式:一是利用浅层地热能供热,包括地表土壤、地下水提取的能量,也包括地面水甚至空气里提取的能量;二是超过一千米深的中深层水热型供暖。过去几年中,这两种方式在国内发展得都比较快,技术也日趋成熟。那么,您认为浅层和中深层地热能开发利用还面临哪些技术或外部环境上的难题?
曹耀峰:第一是浅层与中深层的布局。浅层与中深层地热开发,应该齐头并进。一般情况下,中深层受资源条件限制严格,不像浅层地热能那样分布广泛。并且,中深层地热前期投入大,仅资源勘查就要投入很大的精力和费用,这也是中深层地热开发总体上起步晚的原因。但是,对于中深层地热资源好的地区,中深层地热供暖因单井采水供暖面积大、供暖设施占地少等优点,可以实现一座城市的地热供暖整体规划、整体开发。因此,我们可以说,在中深层地热资源与市场配合比较好的地方,优先采用中深层地热。在中深层资源不好的地区再考虑采用浅层地热。
第二是浅层地热能南北方布局。一般意义上讲,南方江河湖泊等水资源比较丰富,在水源与建筑物匹配较好的地方,可以优先采用江水源模式;在江水源条件不具备的情况下,采用地下水或地埋管地源热泵系统。北方地区的地表水和地下水资源都不如南方,政府对地下水的开采有严格的限制,因此,应更多地考虑采用地埋管地源热泵。城市污水是非常重要的资源,且开发上受环境限制较小。无论南方还是北方,都应加大污水源热泵系统的开发力度。但是,目前相关工作发展速度较慢,应加强调查研究,分析查找原因。
第三是中深层地热布局。中深层地热供暖开始出现从县城向中心城和城镇、农村两个方向延伸的趋势。比如向地市级区域发展,中石化的新星公司取得了太原市供暖特许经营权,在经济技术开发区、高新技术开发区签约一批供暖项目,供暖面积超过300万平方米,同时还与9个行政村签署协议,开展地热供暖服务,共涉及4000余户,供暖面积65万平方米。另外,为提高中深层地热利用效率,在做好冬季地热供暖的同时,将中深层地热夏季制冷作为一项重要工作来推动。特别是新兴城镇和新的开发区,提前介入到城市规划中去,确保用户末端具备地热供暖和制冷的条件。
目前,地热供暖利用总量仍比较少,仅达到5亿平方米。根据规划,到2020年地热能供暖量将达16亿平方米,净增11亿平方米。大力发展中深层地热供暖,可以借助PPP模式,引入社会资本,以特许经营权协议为基础建立一种长期合作关系。
记者:有一种观点认为,地热能利用要从规模上取得成功,其衡量标准是地热发电的装机容量。对此,您怎么看?
曹耀峰:从世界范围来看,地热发电总体装机容量较小,美国地热发电规模最大,装机容量也只有300多万千瓦。而我国受地热资源条件一般、发电效率低、成本高等因素限制,地热发电多年没有新增装机容量,长期以来一直维持在不到3万千瓦的水平。因此,总体上,2030年前不提倡大力发展地热发电。 但是,鉴于我国巨大的干热岩资源潜力,我们主张2030年以后,随着干热岩勘探、开发技术的突破,再大力发展地热发电。2030年以前,由于资源限制,常规的中深层地热能发电难以形成规模性的替代效果,地热能仍以热利用为主。2030年以后,随着干热岩技术的应用,地热发电形成规模性的替代效果,地热能利用有望转变为以发电为主。
记者:“一带一路”是我国提出并大力推动的国家级顶层规划和倡议。响应“一带一路”,对地热产业发展是否也蕴含机遇?
曹耀峰:地热产业应该积极“走出去”。2016年11月17日,第71届联合国大会决议,欢迎“一带一路”等经济合作倡议。这一倡议得到193个会员国的一致赞同。“一带一路”沿线国家地热资源十分丰富,开发利用前景很广。
记者:在您看来,抓住机遇,推动地热产业发展,还需要在哪些方面精心准备?
曹耀峰:要加强地热人才培养,为地热快速发展积蓄力量。为加强地热专业化人才的培养,国家地热能中心、各地热专业化委员会近期举办了多期培训班,邀请院士、大学教授、国家部委领导及专家等进行授课。此举对于提高地热工作人员专业素养、政策水平起到了重要作用。在学科建设方面,尽管目前我国大学里还没有专门设置地热专业,但是,天津大学、中国科学院地质与地球物理研究所等高校及科研院所已开始设置地热方向研究生培养。中国石油大学(北京)近期获得了教育部和国家外国专家局联合发布的高等学校学科创新引智计划立项支持,成为我国地热能源开发领域第一个引智基地。
我国地热资源丰富,地热市场广阔,地热技术成熟。我们要紧紧抓住国家大力推进能源结构调整、积极应对气候变化和大气污染治理的有利时机,做好地热发展的规划和布局研究,快速优质高效地开发地热资源,使我们的天更蓝、水更清、树更绿,为我国早日全面实现两个一百年的目标贡献一份力量。 □