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            地熱能開發挑戰仍存

            添加時間:2017-09-07 10:04:56   瀏覽次數: 次   作者:不詳   出處:科學網    【 】   打印   關閉窗口

                     “由于地熱熱水水位急劇下降,現在北京、天津都已經得到政府的明確指示,從現在到今年年底不再開展新的地熱項目。”北京市地質礦產勘查開發局能源處處長李寧波在近日于東營舉辦的海利豐·2017第九屆中國國際地源熱泵行業高層論壇上表示。

                  “如果地熱水的水位逐年持續下降,將來就是無能可采、無能可用。但是這種情況現在仍然存在,而且還在發生。”李寧波說。

                  2017年1月,我國發布的《地熱能開發利用“十三五”規劃》,給地熱和地源熱泵市場注入了一針強心劑。雖然機會已來,但地熱產業仍存在很多需要解決的問題:為什么我們在擁有大量成功地源熱泵項目案例的同時,不成功的案例同樣并不鮮見?地熱水如何全部回灌?新興行業如何抱團取暖?這也是與會專家與企業普遍關注的問題。

            尾水回灌是手段而非目的

                  位于北京的北苑家園,是北京最大的地熱供暖社區項目,截至目前運行已超過10年,依然穩定。“為什么這個社區的地熱項目可持續,就是把所有的水回灌了。”李寧波說,經過十多年的監測,該地區地下水的水位、水溫、水量均沒有變化,“這說明只要能夠保證回灌,地熱3.0模式是可持續的”。

                  如何提高淺層低熱能開采效率,在資源可恢復的強度范圍內開發利用?這直接影響著行業的推廣應用。開采程度決定著資源的平衡問題,淺層地熱的成因機理、傳熱機理、模型模擬的研究對于地源熱泵系統的設計、運行非常重要。

                  “地下的熱來源、熱交換、熱恢復是一個復雜的過程,地下看不見、摸不著,很多地方也還沒有研究透。”李寧波坦言。

                  要做到地熱項目可持續,地熱尾水要100%回灌。中國能源研究會地熱專業委員會專家委員會主任、中國地源熱泵產業聯盟專家委員會主任鄭克棪對此并不完全同意。

                  “各個地方的地質條件不一樣,砂巖回灌就是國際難題,有的地方有時候確實做不到100%回灌。”但鄭克棪認為這并沒有關系,“回灌是措施、手段,并不是目的。”

                  鄭克棪表示,要將技術條件、經濟條件綜合考慮,如果需要多次過濾、加壓回灌,那么所用的設備、電力,這些成本開銷比抽出來熱水用的熱量花費還高,回灌要花更多的錢,顯然從經濟條件考慮是不合適的。

                  究竟可以留多少熱水不回灌,就能保證地下水位平衡又能利用地熱水的價值?鄭克棪表示,這還需要更多的模擬。

            “細節決定成敗”

                  除了對資源本身的理論研究,單從地源熱泵這方面考慮,也有諸多問題待解。

                  天津市建筑設計院暖通設計總工程師伍小亭認為,所謂“不成功”的地源熱泵項目主要體現在三個方面:一次能源效率接近甚至低于常規系統,沒能實現利用可再生能源,降低化石能源消耗的初衷;盡管一次能源效率高于常規系統,但增量成本過高,節能回報年限過長,甚至超過法定的財務測算年限,造成項目不具有財務生存力;系統性能穩定性不佳,表現為系統投入使用幾年后,其能力衰減明顯,甚至影響正常使用,需再次投資改造。

                  同時,伍小亭也提出了對以上問題的解決方案:“細節決定成敗”,通過精細化設計,做到“確實節能、收益可期、穩定高效”。

                  伍小亭認為,“精細化”主要體現在以下方面:

                  設計模式由處方式轉變為性能化(變措施導向為目標導向);設計方法由“對標”轉變為優化分析下的“基本合標”(模擬分析貫穿始終);重視對末端需求的研究,比如負荷、二次能源品位、運行規律、保障率等;對“源”的勘察與分析,如能力(強度、分布、長期熱儲)、品位(設計取值的確定、運行周期內的變化規律);基于多方案比選的技術路線制定,采用單一熱泵系統還是復合型熱泵系統?需要蓄能還是非蓄能?這些都可在好好比較后選出最優方案。

                  此外,還要開展作以系統能效為目標的設計參數研究,如綜合源側、輸配、用戶側末端等;基于增量投資回收年限系統配置,如優化調峰、蓄能的容量與參數;在設計階段即考慮運行調節策略,使其作為設計的導入條件,避免系統實施后不具備正確運行調節的硬件環境。

            資源是硬道理

                  “我們現在開采的多是常規地熱能,溫度高于25℃,以地熱流體(水+蒸汽)的形式出現,埋藏深度一般在3000米以內。”中國科學院地質與地球物理研究所地熱資源研究中心主任龐忠和說。

                  由于很多地熱項目已經超過3000米,龐忠和建議,或許可以將“中深層”的深度定義從3000米調整到4000米,“4000以下干脆叫超深層,這個地熱能可以跟干熱巖的概念差不多”。

                  資源是硬道理。然而,要高品位資源就要有深度,深度大面對的各種技術挑戰就更大。

                  中國科學院院士汪集旸在《有關中深層地熱資源開發利用的若干問題》的報告中提出,若一個地區對開發利用地熱資源的要求很大,但又找不出能滿足能源需求的合適熱儲,那就必須考慮對天然熱儲進行人工改造,以滿足該地區的能源需求。但深鉆與水力壓裂技術也是解決這一問題面臨的兩大技術難點,同時成本極高、資金回收期長、投入產出比低等問題也需要提前考慮。目前比較成功的改造案例都是在現有水熱系統的深部或者外圍去做的改造。

                  龐忠和指出,地熱利用項目能不能做,需要靠資源說話,做得好與壞,由管理和技術決定。地熱系統的品質分析可以采用五要素法:熱源,維持地熱系統的熱量補給源;水源,維持流體循環的水源;通道,地熱流體循環的高滲透性構造;儲層,地熱流體儲集層;蓋層,減緩地熱系統熱量散失的隔熱層。

                  干熱巖開發技術仍然屬于世界性的難題,國際上通用的干熱巖開發技術是增強型地熱系統。中國工程院院士曹耀峰指出,該系統關鍵技術有選區選址、系統描述和設計、高效成井、人工熱儲、系統運行等。“現在我們并沒有多少成功的經驗,要開發利用干熱巖,挑戰仍然很大。”

                   盡管困難重重,曹耀峰仍然對干熱巖利用充滿信心,“2016年8月份,國務院印發了《“十三五”國家科技創新規劃》,比較系統地在深海、深藍、深空、深地等能夠拓展國家戰略利益、保證國家戰略優勢的領域做出了部署,這對干熱巖的勘探開發有極大推動作用。”

                 “將來不管是國土資源部還是科技部,不論以國家重點實驗室、重大研發項目還是重大工程的形式,一些資金和扶持政策一定會陸續出臺,我們也要做好方方面面的準備。”曹耀峰說。


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