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瑞士是擁有地熱裝置最多的國家,在地源熱泵利用方面位居世界之首。
瑞士的國土面積相當于兩個半北京市大,瑞士經濟發達,人均財富值位居世界第一,人均GDP居世界前列,許多跨國公司總部和國際性組織總部都設在瑞士,是很多世界經濟發展論壇公認的世界競爭力最強的國家,也是全球最富裕和生活水平最高的國家。
瑞士位于萊茵河、羅納河上游,水力資源豐富,能源消耗以水電為主,利用率達到95 %,占發電總量的55 %。瑞士是以工業為國民經濟主體的國家,其核能發展也起步較早,1957年就開始進行核能開發,依靠機械工業的深厚根基,建立瑞士聯邦核反應堆研究所,探索核能發電之路。截至2010年,瑞士的核電占總發電量的39 %。
2011年的福島核泄露事件,讓瑞士也開始著手改變能源結構,計劃逐漸放棄核能,在2034年關閉國內所有核電站,雖然目前幾座核電站依舊在運行中,但是開發新能源勢在必行,因為一旦放棄核能,發電總量上將有接近40 %的能源缺口。
瑞士的可再生能源占發電總量的2 %,太陽能、風能都有一定的發展,但總體來看,都受到一定的地理條件限制。而地熱能的開發,為瑞士的能源問題提供了一個可行的解決辦法。
瑞士位于地中?!柴R拉雅地熱帶,境內有豐富的地熱資源。作為世界高速
發展的國家之一,瑞士也正在向歐盟環保標準靠攏,大幅度減少二氧化碳排放量,而開發地熱能這種清潔能源,可謂一舉兩得。
瑞士對地熱能的開發利用起步較早,尤其是將地熱能應用于供暖方面。2007年,瑞士的圣加侖市議會通過并采納了“能源理念2050”計劃,這是一項促進可再生能源開發利用的規劃,這項計劃中提到,到2050年,圣加侖市的地熱供暖將普及到全市的居民住宅和辦公樓。
在2008年,瑞士政府投資一百五十萬瑞郎(折合人民幣900萬元),用于地熱開發研究,占瑞士可再生能源開發研究總款項的12 %。同時,瑞士的各個高校紛紛開設地熱專業,并招收碩士與博士,進行地熱科學技術的研究突破,培養地熱學專業高級人才。
到了2010年,瑞士的新建筑中,采用地熱供暖的達到30 %,廣泛地利用地下五十米到三百米的淺層地熱能,通過地源熱泵設備,將地熱資源應用于供暖,使當時的瑞士成為了擁有地熱裝置最多的國家,在地源熱泵利用方面位居世界之首。
瑞士政府鼓勵投資開發地熱資源,在圣加倫、蘇黎世、日內瓦等市,地區政府紛紛出臺開發地熱計劃。 截至2010年,瑞士共有五座地熱發電站,以圣加侖市為例,地熱鉆井到四千米深度,出水溫度為150 ℃到170 ℃,屬于高壓熱水資源,因此該地地熱發電站采用水熱法,該地熱發電站預計年發電六百萬千瓦時到八百萬千瓦時。這一地熱電站始建于2010年11月,預計今明兩年建成并投入運營,除了進行發電以外,還可以為該市的建筑提供區域供暖,節省大量取暖費用。
2011年,瑞士全國已有五萬多個地熱利用裝置,采用高溫地下水形式或蒸汽形式,每年發電量達到二百九十五億千瓦時。瑞士巴塞爾市的地熱供暖,利用高壓將地表水注入地下五千米處,再將熱量帶到地面,為市內的居民住宅提供集中供暖。
目前瑞士政府正在大力開發地熱資源,并將地熱開發與其他能源如水力等可再生能源等進行綜合利用,爭取使地熱發電提升到總供電量的3 % ~ 4 %,圣加侖市還計劃在近幾年實現能源的無碳化,將地熱能源比例提升到50 % ,而蘇黎世市也擬定地熱發電計劃,并在公立醫院使用地熱電能,日內瓦市預計在2020年將地熱發電比例提升到20 % 。
4月1日,中共中央、國務院決定設立河北雄安新區的消息發布,世人矚目。根據規劃,雄安新區要建設成為綠色生態宜居新城區。記者近日在保定市雄縣采訪時了解到,當地實施地熱代煤供暖已有7年多,相當于減少標準煤用量近百萬噸,這座小城已成為“無煙城”,為新區清潔取暖蹚出了一條新路。
雄縣建成區已淘汰燃煤鍋爐,利用地熱集中供暖
雄縣縣城建成區有19平方公里,居民不足10萬。過去,縣城像北方很多城市一樣,冬季取暖主要靠燒煤。采暖季節,一些鍋爐的煙囪吐出滾滾濃煙,到處灰蒙蒙的。
其實,這座小城的地下就藏著一座天然的“大鍋爐”——地熱。雄縣有“中國溫泉之鄉”的稱號,位于牛駝鎮地熱田,全縣約六成面積蘊藏地熱資源,地熱水儲量821億立方米,地熱出水溫度最低也有55攝氏度,可以替代66.3億噸標準煤。
早在2003年,雄縣縣城一些小區就開始用地熱取暖。當時縣城僅有3個小區靠地熱供暖,比較零散。2009年,雄縣引進一家國企,組建河北綠源公司,地熱代煤供暖開始全面升級換代。近年來,綠源公司先后收購了18眼地熱井,新打50眼??h城地熱集中供暖每年增加幾十萬平方米,目前,綠源公司在雄縣的地熱供暖能力達477萬平方米。
世紀城小區較早實現了地熱供暖。劉女士家裝的是地暖,冬季室內有20℃左右。“有時還覺得熱,要把地暖關小一點。”
綠源公司運營主管王洪亮說,地熱供暖可以保證居民家里達到18℃以上,每平方米僅收16元,燃煤鍋爐取暖每平方米收20多元,用電、天然氣取暖,成本則更高。
不盡地熱滾滾來。2014年2月,國家能源局在雄縣召開全國地熱能開發利用現場會,推廣地熱代煤取暖的“雄縣模式”,認為“雄縣模式”技術上成熟、經濟上可行。2016年3月,京津冀協同發展專家咨詢委員會組長、中國工程院主席團名譽主席徐匡迪等專家、學者,考察了雄縣地熱資源,關注地熱的開發利用。如今,小城建成區已淘汰燃煤鍋爐,地熱集中供暖,每年可替代標煤12萬噸,縣城基本實現二氧化碳、二氧化硫和粉塵“零排放”。
“地熱下鄉”使村民節約了能源,降低了費用
雄縣北沙鄉沙辛莊村老百姓祖祖輩輩燒“大渣兒”,他們做夢也想不到,有一天會用地熱取暖,享受“市民待遇”。
雄縣是禁煤區,清潔取暖勢在必行。一些村子采取了以氣代煤等方式,沙辛莊村則把目光投向了地下。該村北邊有一處住宅小區,開發商在村子附近打了兩眼地熱井,地熱供暖,一些村民看后很好奇,也羨慕。“俺們村下面就有地熱,為啥不用呢?”沙辛莊村村支書馬武山向上級提出,希望以地熱代煤取暖,這個想法也得到了縣里支持。
于是,綠源公司轉戰農村,探索“地熱下鄉”。去年10月,綠源公司開始進村鋪設主管道,兩個多月后全部完工。進入采暖期后,除了少數住在村子外圍的農戶,全村有320多戶用上了地熱集中供暖。
沙辛莊村地熱集中供暖工程實行政府補貼、商業化運營。馬武山說,地熱引到村民家里,有的需要換管道,一般花費500元左右。不過取暖費用降低了,一年就能賺回來。有的直接連上舊管道,也能用,不用另外花錢。
老馬和村民反復算過賬:按平均每戶三間屋子80平方米來算,過去村民燒煤取暖,一年少說也要2000多元。用上地熱,只要1200多元。
沙辛莊希望學校有6間屋子,共300平方米,校長司德清表示,過去燒煤,需要一個兼職鍋爐工,開工資不說,一年買煤要花9000多元。用上地熱后,只需要4800元。
村民馬笑野80多歲,他家的堂屋和臥室裝了地熱暖氣。記者一進堂屋就看到,靠墻的小煤爐上堆滿雜物,顯然已經“退休”。老人說:過去冬天燒煤,一天要加三四次煤,還要倒煤渣。到了后半夜就不暖和,還怕火滅。用了地熱暖氣,屋里早晚都暖烘烘的,很穩定,也干凈多了。“還便宜??!過去一冬燒煤要1000多元,去年地熱費只交了400多元。”
資源很有限,前期投資大,“雄縣模式”能否復制?
為了鐵腕治污,去年11月,河北將靠近京津的保定、廊坊18個縣市區劃為“禁煤區”,其余縣市區也將逐步淘汰燃煤鍋爐,清潔取暖需求空間很大。地熱代煤的“雄縣模式”,能走出雄縣、大范圍推廣嗎?
據地質勘探,牛駝鎮地熱田位于河北安新—雄縣—固安—永清一帶,都在禁煤區一帶,大部分區域位于雄安新區。牛駝鎮地熱田有很多天然優勢:地熱水儲量豐富,埋藏較淺,出水溫度較高。
“只要有資源,技術不成問題。”王洪亮說,“我們采用冰島的技術,采灌結合,沒有熱水污染,也不影響地下水位。根據外界氣溫變化,自動控制供暖溫度,比較穩定。”早期雄縣對地熱水是用后直接排到地表,形成水塘或人工湖,即直采直排。冬天外界氣溫很低,熱水溫度高,對水中的微生物、附近的植物都有害,這就是熱水污染。采灌結合就解決了這個問題,用后回灌地下,一來補充地下水,二來不會破壞植物。
綠源公司技術總監孫彩霞曾在冰島留學,主修地熱能源利用工程專業。她說,冰島開發利用地熱資源已有100多年,理念先進,技術成熟。借助這些先進技術,可以提高地熱利用效率,降低運營成本,實現地熱的可持續開發。
經過多年探索,“雄縣模式”趨于成熟,實行“四統一”的政策措施:統一政策,政府統一制定地熱勘探、開發、運行和收費優惠等政策;統一管理,縣里成立地熱管理辦公室,統一管理地熱綜合利用;統一規劃,編制地熱發展專項規劃,納入城市建設和經濟發展總體規劃之中;統一開發,由一家公司整體開發,避免小散亂。
記者走訪縣城世紀城等小區時看到,地熱管網就像水、電、氣一樣,是必須配建的取暖公用設施。
目前,綠源公司已經走出雄縣,在河北容城、辛集、霸州等15個縣市區實施地熱代煤,總供暖面積達1600萬平方米。下一步,他們將繼續向地熱資源富集的城市拓展,向農村延伸。
不過,地熱代煤取暖也有“軟肋”。最大的障礙就是資源局限。雄縣北沙鄉全鄉禁煤,但只有沙辛莊村等少數村子是“近水樓臺”,可以利用地熱。農村比較分散,別的村子如果用地熱取暖,就要鋪設管道,長途引水,代價很高。
“前期投資太大,成本回收很慢,一般企業承受不了。”綠源公司一位負責人說,就沙辛莊村來說,村子有現成地熱井可以利用,工程主要在鋪設主管道,投入共1000多萬元。要是打地熱井,投入會更多,在取暖費不能完全市場化的情況下,恐怕20年也收不回成本。
有關專家認為,雄安新區要建設綠色生態宜居新城區,實現綠色低碳發展,必然大量使用清潔能源。雄縣、安新地熱資源豐富,新區周邊的固安、永清等地也有地熱資源,開發利用前景廣闊。
據南方日報今年年初報道稱,國家發改委、能源局、國土部聯合印發的《地熱能開發利用“十三五”規劃》以下簡稱《規劃》中看到,“十三五”時期,全國將新增地熱能供暖制冷面積11億平方米;新增地熱發電裝機容量500MW。到2020年,地熱供暖制冷面積累計達到16億平方米,地熱發電裝機容量約530MW。2020年,地熱能年利用量7000萬噸標準煤,地熱能供暖年利用量4000萬噸標準煤。
這是我國首次發布地熱能相關的全國規劃。記者從這份規劃看到,國家明確將廣東佛山市三水區列為整體推進淺層地熱能供暖(制冷)項目建設的重點地區,而將廣東省列為中低溫地熱發電項目建設的重點省區。
廣東是分布密度僅次于西藏和云南的全國第三大地熱資源大省,目前已發現的天然地熱點數量約占全國1/10。根據廣東省地質局最新地熱資源評價結果顯示,廣東地熱水可開采量達每年15億噸左右,其熱能相當于460萬噸標準煤燃燒所產生的熱量。從2013年開始至今年“收官”的第一輪全省地熱資源調查評價與區劃工作中,該局就發現了33處可用于高溫地熱發電的地熱田,其30年發電潛力達1500兆瓦。
《規劃》初步估算,“十三五”期間,淺層地熱能供暖(制冷)可拉動投資約1400億元,水熱型地熱能供暖可拉動投資約800億元,地熱發電可拉動投資約400億元,合計約為2600億元。此外,地熱能開發利用還可帶動地熱資源勘查評價、鉆井、熱泵、換熱等一系列關鍵技術和設備制造產業的發展。
地熱資源具有綠色環保、污染小的特點,其開發利用不排放污染物和溫室氣體,可顯著減少化石燃料消耗和化石燃料開采過程中的生態破壞,對自然環境條件改善和生態環境保護具有顯著效果。據估算,2020年地熱能年利用總量相當于替代化石能源7000萬噸標準煤,相應減排二氧化碳1.7億噸,節能減排效果顯著。地熱能開發利用可為經濟轉型和新型城鎮化建設增加新的有生力量,同時也可推動地質勘查、建筑、水利、環境、公共設施管理等相關行業的發展,在增加就業、惠及民生方面也具有顯著的社會效益。
《規劃》提出,“十三五”時期,將形成較為完善的地熱能開發利用管理體系和政策體系,掌握地熱產業關鍵核心技術,形成比較完備的地熱能開發利用設備制造、工程建設的標準體系和監測體系。在“十三五”時期,開展干熱巖開發試驗工作,建設干熱巖示范項目。
《規劃》明確了“十三五”地熱能開發的重點任務:一是在全國地熱資源開發利用現狀普查的基礎上,查明我國主要水熱型地熱區田及淺層地熱能、干熱巖開發區地質條件、熱儲特征、地熱資源的質量和數量,并對其開采技術經濟條件做出評價,為合理開發利用提供依據。支持有能力的企業積極參與地熱勘探評價并優先獲得地熱資源特許經營資格,將勘探評價數據統一納入國家數據管理平臺。二是積極推進水熱型地熱供暖在京津冀魯豫和生態環境脆弱的青藏高原及毗鄰區集中規劃,統一開發。三是大力推廣淺層地熱能利用。四是在西藏、川西等高溫地熱資源區建設高溫地熱發電工程;在華北、江蘇、福建、廣東等地區建設若干中低溫地熱發電工程。建立、完善扶持地熱發電的機制和政策體系。五是加強關鍵技術研發。六是加強信息監測統計體系建設。七是圍繞地熱能開發利用產業鏈、標準規范、人才培養和服務等,完善地熱能產業體系。
“我國地熱行業正進入一個新的歷史發展時期。”
這是記者參加日前在東營召開的2017第九屆中國國際地源熱泵行業高層論壇最大的感受。有行業人士對記者坦言,“此前國家能源規劃往往提‘要大力發展風電、光伏等可再生能源’,地熱就包括在這個‘等’里面,但今年出臺了首個地熱能國家發展規劃——《地熱能開發利用‘十三五’規劃》,地熱在能源發展中地位的提升由此可見。”
開啟地熱發展空間
作為一種可再生清潔能源,地熱資源儲量大、分布廣,具有清潔環保、用途廣泛、穩定性好、可循環利用等特點,與風能、太陽能等相比,不受季節、氣候、晝夜變化等外界因素干擾,是一種現實且具競爭力的新能源。
“全球地熱資源量約4900萬億噸標煤,中國約占全球資源量的1/6。 地熱利用效率高,地熱發電平均利用效率達73%,是太陽光伏發電的5.4倍,風力發電的3.6倍。”中科院院士、中國地源熱泵產業聯盟名譽理事長汪集暘表示。
我國地熱能儲量盡管與風電、光伏等可再生能源的發展不可同日而語,但經過多年蓄力,我國地熱直接利用連續多年位于世界首位,“中國地熱直接利用是第二名美國的兩倍多。如果加上地熱發電折算成年產出熱能,2014年中國地熱總體利用為48570 GWh,仍遠大于美國的36328 GWh。”中國工程院院士、國家地熱中心指導委員會主任、中國地源熱泵產業聯盟名譽理事長曹耀峰用數據說了這番話。
在地源熱泵領域,中國不論是發展速度還是發展規模都已遠超美國。國際地源熱泵協會研究委員會主席劉小兵告訴記者,“美國地源熱泵經過30—40年發展,才占市場份額的1%。美國40%的能源供應是天然氣,當前頁巖氣也維持在20年前的低價,客觀上制約了其他能源形式包括地熱的發展。
盡管2016年前,美國對地熱供暖有稅收減免等優惠政策,但經濟蕭條,并沒有對產業形成大的影響,現在特朗普執政,對新能源態度并不積極。美國地熱發展仍面臨能源價格低、缺乏政府支持等壓力。”
相較之下,中國地熱迎來發展的春天。
霧霾圍城催生清潔供暖,地熱發展由此推進。與此同時,在地熱能利用領域,包括海利豐、永高股份等不斷創新技術產品和商業模式,地熱能應用在中國遍地開花。
就政策層面來看,盡管在地熱供暖方面國家沒有專門統一的補貼政策,“但是各地都有一些相關的政策,比如北京,深層地熱供暖財政在熱源部分直接補貼50%,對地源熱泵補貼30%。其他地方的地熱供暖,有的每平米補貼50元,有的是80元。”中國地質調查局淺層地溫能研究推廣中心常務副主任、北京市地質礦產勘查開發局能源處處長李寧波告訴記者。
今年2月,國家發改委、國家能源局及國土資源部聯合發布《地熱能開發利用“十三五”規劃》,提出“十三五”期間,中國將新增地熱能供暖(制冷)面積11億平方米,其中新增淺層地熱能供暖(制冷)面積7億平方米,新增水熱型地熱供暖面積4億平方米,新增地熱發電裝機容量500MW。
“這是國家首個地熱產業規劃,是地熱產業發展的里程碑,必將對我國地熱產業快速、健康發展起到極大的推動作用。”曹耀峰表示。
“目前全國地熱能供暖面積已達4.78億平方米。隨著地熱‘十三五’規劃的出臺,到2020年按照其10倍發展速度,就要達到50億平方米,潛在市場規??蛇_萬億元。”李寧波說。
在北京市地質工程勘察院地熱工程研究所所長楊亞軍看來,“這將掀起地熱供暖的熱潮,地熱供暖將達到前所未有的規模。”
地熱發電滯后
就地熱直接利用而言,中國是世界第一,但在地熱發電領域,中國則遠遠落后于世界水平。數據顯示,目前我國地熱發電總裝機容量約27.28MW,而美國裝機容量超過了3000MW,菲律賓接近2000MW。
“從1970年12月,廣東豐順第一個地熱發電站投產,中國成為世界第8個地熱發電國,此后,7個中低溫地熱電站及西藏羊八井高溫地熱電站陸續投運。而現在全球25個地熱發電國家中,中國地熱發電裝機排名第18位。”中國能源研究會地熱專委會專家委員會主任鄭克棪在接受記者采訪時表示。
據記者了解,地熱發電投資大、周期長、風險高,迄今國家還沒有明確的對地熱發電補貼的執行文件。電價補貼缺失很大程度上制約了我國地熱發電速度和規模,因為“單純利用地熱發電,企業肯定是賠錢的。”
地熱利用示意圖對此,業內專家建議,按照可再生能源電價附加政策要求,借鑒風能、太陽能發展扶持方式,明確地熱發電商業化運行項目電價補貼標準,可有效解決地熱發電面臨的資金瓶頸問題。
“《可再生能源法》《關于促進地熱能開發利用的指導意見》明確了地熱發電這一可再生能源可享有電價補貼政策,我們希望能進一步出臺明確的實施辦法。”鄭克棪也建議。
在不少業內人士看來,地熱發展“十三五”規劃提出的“到2020年地熱發電裝機達到500MW,在目前補貼缺位的情況下,或很難達成。”
打造雄安地熱示范城
在此次會議上,積極發展地熱支持雄安新區生態城市建設亦成為熱點話題。
早在2014年,華北地區首個地熱供暖代替燃煤的無煙城雄縣誕生,目前雄縣地熱供暖能力達到450萬平方米,覆蓋率超95%。今年4月“千年大計”雄安新區設立,其定位為綠色生態宜居新城區,地熱能成為雄安新區設立以來首個確認的具體投資領域。
公開資料顯示,截至目前,雄安新區分布有三個大中型地熱田,地下熱水資源分布廣、埋藏淺、溫度高、儲量大、水質優、易回灌。雄安新區地下熱水資源年均開采量折合標準煤逾200萬噸,可滿足近千萬平方米的建筑群供暖需求。
據了解,中石化新星公司已在河北雄縣召開現場會,研究為雄安新區提供“地熱+”配套具體措施,計劃2017年在雄安新區新增清潔能源供暖面積1000萬平方米,打造地熱資源利用的“全球樣板”。
據中國地質科學院水文地質環境地質研究所地熱研究室主任王貴玲介紹,雄安新區全區普遍適于淺層地溫能開發利用,核心區均為地下水源熱泵和地埋管熱泵適宜性好區和適宜性中區。核心區淺層地溫能開發利用的總能量折合標準煤11.2萬噸,按35%的利用效率,每年可減排二氧化碳排放量9.35萬噸。雄安新區全區每年可開采量折合標準煤400萬噸,每年可減排二氧化碳950萬噸。
雄安新區將如何打造地熱示范城?王貴玲進一步建議,“在開發利用模式上,區內公用建筑,可使用淺層地溫能;居民區建筑物供暖,應以開發深部巖溶地下熱水資源為主;鄉村應積極推廣應用淺層地溫能供暖、制冷;城鄉結合帶宜開發淺部砂巖型地下熱水資源,用于溫泉療養、種植養殖及供暖等。”