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郑克棪:中国地热利用仍大有可为

来源:​《中国电业》 时间:2020-11-17 17:21

中国地热利用:虽已享誉世界 但仍大有可为

中国能源研究会地热专业委员会主任 郑克棪

  2020年是我国“十三五”收官之年,中国地热的直接利用再创辉煌,在2020世界地热大会视频开幕式上获得了12个“世界第一”,可谓“功成名就”,成为难以被超越的权威,也为我国地热发展史交出了一份满意的答卷。不过,中国在地热开发和利用尤其是地热发电方面还有很大发展空间,值得我们深入探讨研究。

  中国地热开发的第一次高潮

  二十世纪七十年代的世界第一次石油危机,引发多国政府努力寻找可以替代石油的“新能源”。时任我国地质部部长李四光倡导开发利用地热能,由此掀起了中国地热勘查和开发的第一次高潮。

  在李部长的倡导动员下,地质部系统的各省地质队伍、全国有关科研院所、有关大专院校,这三部分技术力量,都全力投入工作,利用当地温泉,或钻出地热井,开展地热发电和综合利用。1970年,广东省丰顺县邓屋村地热发电站发电成功,装机从最初的86千瓦发展为后来的300千瓦,这使我国成为世界第八个采用地热发电的国家。1971年,江西省宜春县温汤镇引用67℃温泉水发电成功,虽装机只有50千瓦,但创造了世界最低温度的地热发电记录。紧接着,河北省怀来县后郝窑200千瓦、广西象州县热水村200千瓦、湖南省宁乡市灰汤镇300千瓦、山东省招远市汤东泉200千瓦和辽宁省盖县熊岳镇100千瓦地热发电站均纷纷建成,至此,全国共拥有七处中低温地热发电站。另外,西藏自治区羊八井镇于1977年建成1000千瓦高温地热发电站,将二十世纪七十年代的我国地热发电推上了高潮。羊八井地热电站后来陆续增容,最终达到2.518万千瓦装机容量,当时承担了拉萨市年供电的40%和冬季供电的60%,于1978年在全国科技大会上获得“地热发电(湿蒸汽直接发电)重大贡献奖”。羊八井地热电站一直运行至今。

  除了发电,地热还可被直接利用。当时,北京市的纺织厂用地热水洗布、染布、供暖,天津市的毛织厂用地热水洗毛、染毛,京津地区都用地热水循环供暖,并搭建地热温室在冬季种植反季节鲜菜供应市场。此外,地热还用于水产养殖、雏禽孵化、禽产品加工,南方地区如福州市利用地热水夏季制冰,各地还将地热水应用于传统的温泉洗浴和医疗行业。天津市组织了“地热会战”,地热的综合利用形式多样,李四光部长号召全国向天津市学习。

  服务于地热发电和其综合利用的需要,各省市区的地质队扩大了地热资源勘探,北京市从无到有勘探发现了城区地热田,天津市也扩大了王兰庄和万家码头地热田的开发规模。全国陆续勘探出了近300处地热田,形成了热火朝天的地热勘探开发局面。但遗憾的是,中国地热的第一次高潮虽轰轰烈烈,却没有形成产业队伍,因此未能保持持续生产,在完成试验任务后至二十世纪七十年代后期就逐渐消退了。

  地热直接利用攀上世界第一

  改革开放推动我国从计划经济向社会主义市场经济变革,也为地热开发利用带来了新的转机。经过一段时期的“摸着石头过河”,国内开发商开始投入地热经营,并使地热产业逐渐形成。最初,随着社会发展,为满足经济繁荣后人们的生活休闲需求,出现了温泉游泳池和单间洗浴(室内、室外),吸引了大众的新鲜消费,第一批投资商很快盈利,于是自发带动了后续开发商的跟进。温泉休闲业扩大到天津市和沿海地区,温泉度假村、温泉游乐场、温泉房地产等不断跟进和发展壮大,促进了地热产业的快速成长。

  据1995年、2000年、2005年、2010年、2015年和2020年世界地热大会公布的数据,世界地热直接利用(用热)排名显示:1995年是冰岛居世界第一;2000年开始中国占据世界第一,此后一直稳居第一位,且中国在世界所占的份额越来越大;2020年,中国地热直接利用的能量占世界总量的47.2%,世界前十名中其余九个国家的总量都不及中国,仅为中国的83.5%。

  在地源热泵方面,中国也是后起之秀,此前,世界发达国家早已运用了几十年。因为可以兼用于冬季供暖和夏季制冷,既节省成本又提高效率,节能减排,二十世纪九十年代以来在发达国家连续呈现20%左右的年增长。1995年,我国引进地源热泵,起步时年利用浅层地热能7*1012焦耳,当时世界产能总量已达14617*1012焦耳,我国仅占世界地源热泵产能的不到万分之五。然而地源热泵在中国的发展速度惊人,进入二十一世纪以来,中国的地源热泵平均年累进增长率超过30%。2014年,我国年利用浅层地热能100311*1012焦耳,成为世界第一,并占世界总额的30.9%,2019年达到年利用246212*1012焦耳,占世界的41.0%。

  2020年中国地热再创辉煌

  2020年对于中国地热界来说具有非凡的意义。对于三个历史性的时刻,我们都交出了一份时代的答卷。

  第一,2020年是李四光倡导中国地热能开发利用50周年。1970年初,李四光指出“地下是一个大热库,是人类开辟自然能源的一个新来源,就像人类发现煤炭、石油可以燃烧一样。”正是这样的高瞻远瞩,从此改变了国人的传统认识,开创了中国地热作为新能源开发的历程,这具有历史和现实意义,也为中国地热的发展并走向世界奠定了基础。

  “李四光倡导中国地热能开发利用50周年纪念大会”于2020年5月28日以视频形式举办,自然资源部主管地热的相关领导、中国科学院院士和中国工程院院士、全国各地产学研诸部门的地热工作者踊跃参会,在线参加会议300人。大会温习了李四光部长的嘱托,交流了李四光精神50年来引导中国地热能开发利用的成就和经验,激发了全体地热人再创中国地热事业发展新局面的激情。

  第二,中国地热能开发利用“十三五”规划收官。我国遵循《巴黎协定》承诺的全球性碳减排目标,大力支持可再生能源发展替代传统化石能源,首次将地热能开发利用纳入“十三五”专项规划。2020年是规划收官之年,我们已经看到了地热能比从前更大的发展势态。“十二五”结束时,我国地热供暖“闯入”世界第一,当时我国地热供暖面积刚突破1亿平方米,实现这个1亿平方米我们用了45年,但到2019年,我国地热供暖面积已达2.82亿平方米,待到2020年底我国地热供暖面积将超过以往45年业绩的两倍多,并且这样的业绩是在“十三五”期间仅五年时间完成的,这是何等震撼的中国速度!

  再看地源热泵方面,“十二五”末我国地源热泵利用面积突破4亿平方米,2019年底已达到8.41亿平方米,即“十三五”中的四年已超过以往20年的业绩。而且,2015年在设备装机容量不占优势的情况下我国地源热泵实现了年利用浅层地热能居世界第一的成绩,如今,我国的地源热泵设备容量也成为世界第一。“十三五”期间,我国地热直接利用在世界第一的高度上又提升了一大格。

  第三,2020年世界地热大会视频开幕式举行。2020年世界地热大会受新冠肺炎疫情影响仅在冰岛举行了视频开幕式,发布了与世界地热直接利用和世界地热发电相关的两个报告。前国际地热协会主席约翰·兰德所作的《世界地热直接利用现状报告》(简称《报告》)中,共提到了12项“中国第一”,“中国”一词成为最热门词汇。《报告》还提到了中国地热直接利用的设备容量和年利用热能,及地源热泵的设备容量和年利用热能,还有地热供暖、水产养殖、温泉洗浴等分类利用。中国地热直接利用已经在世界上独占鳌头,达到了“无人超越”的境地。

  中国地热利用仍需补齐短板

  地热能利用包括地热直接利用和地热发电两大领域,而中国的地热发电还存在短板,在世界27个地热发电国家中,中国排名相对靠后。2019年,中国地热发电装机容量4.456万千瓦,只占世界总量的不足千分之三。

  当前,地热发电世界十强中有美国、菲律宾、墨西哥、意大利和日本、土耳其、肯尼亚、冰岛、印度尼西亚、新西兰等国(排名不分先后)。

  中国的地热发电在建成羊八井地热电站后进展缓慢,其不足之处今后仍有待完善。

  一是政府扶持力度有待进一步加强。我国的地热资源十分丰富,但我国对地热发电未来规划不够清晰。政府的引领和推动将是地热发电产业发展的关键。地热发电在国外大放异彩与政府的扶持密不可分,多国政府都在支持地热能发展方面做出了努力。目前,我国对于地热发电产业的扶持力度还远远不够,并且存在评价信息缺失、资源利用浪费、不合理开发等问题。

  二是科学创新力度不够。目前在中低温余热发电技术方面,江西华电电力有限责任公司的螺杆膨胀动力发电机的发电技术比较成熟,既可用于工业余热废热回收发电,也可用于新能源发电,在国际上也处于先进水平。但地热发电遇到的其他技术问题还很多,有时甚至是基础性的,比如,热源探查技术落后,钻探技术还不成熟,成井工艺方面也有待提高,有时需要打很多废井才能找到热源,增加生产成本,严重影响热能的充分利用和热源的使用寿命。另外,地热发电企业在综合技术支持方面也存在缺陷,地面技术与地下勘探难以兼顾,且地热发电设备陈旧,导致热电转换效率低和电力传输损耗大,成本高。

  中国地热发电发展潜力与前景

  地热发电在可再生能源中性能绝佳,受到国际青睐。地热发电具有最高的能力因子,世界地热发电实际运行的平均利用系数为0.72,而且先进机组已达到0.95,即一年8760小时中超过8300小时可以连续工作,输出电力。这个指标远高于水电的0.42、风电的0.21和太阳能发电的0.14。举例来说,西藏羊易地热电站1.6万千瓦装机容量年发电量1.28亿千瓦时,而羊易三个光伏电站装机量共7万千瓦的年总发电量还不足1亿千瓦时。

  我们可以分析发展中国地热发电的基本要素:一是资源条件。地热资源是本土资源,我国西藏自治区、云南省和川西地区位于全球性的地中海—喜马拉雅地热带上,150℃以上的高温地热资源丰富,“十二五”期间全国地热资源调查评价,那里有711.6万千瓦高温资源适于发电。二是技术条件。由于长期停滞发展使我国的地热发电技术显得落后,但过去羊八井地热电站的发电设备87%是国产,后来我国还自主研发了全流地热发电技术设备,并开始投用;新建成的羊易地热电站引进了“奥玛特科技”的产品,我们运行操作的能力因子已达0.91,远远超过了世界平均水平0.72。这些说明我国的地热发电在技术方面的阻碍并不算无法攻克的难关。完善目前的地热发电技术,是除火力、水力发电之后技术问题较容易解决的第三种发电方式。三是经济条件。羊易地热电站总投资6.4亿元,折合每千瓦装机4万元,与近期国际水平相当。该电站是由民营企业杭州锦江集团有限公司投资建设,中国具备大量实力雄厚的国有企业、民营企业,资金投入并不应成为地热发电发展的阻碍。

  综上,中国地热发电现状虽存在短板,但未来仍大有可为。我们必须努力克服现有障碍,争取中国地热发电更进一步,取得顺利进展。

责任编辑:张媛媛  投稿邮箱:网上投稿