地熱能在區域能源領域中的應用和發展

　　摘 要：當前，地熱能的開發已步入了規模化、區域化發展的新時代，技術和管理水平日臻成熟。新形勢下，行業從業者應對地熱能的區域化發展有充分的認識。帶著大規模應用地熱能是否可行、怎樣可行、如何能融入區域能源體系等問題，本文將從地熱能開發角度出發，從3個方面提出地熱能如何在區域能源發揮作用：一、解讀區域能源相關概念;二、地熱能在區域能源中的應用及環保作用;三、地熱能應用的普遍性原則。從產業鏈及資源方面，闡述如何提高效率、優化利用地熱能資源。分享相關成果，共學共勉。

　　關鍵詞：區域能源;地熱能;普遍性原則;優化利用

　　0 前言

　　當前，中央對推進生態文明建設、推動綠色發展十分重視。各級、各地方也有較大比重的考核指標，其中一項重要工作就是能源結構調整。如何調整?主要還是從兩個方面來講：一是能源消費端，減少能源的使用，如綠色建筑以超低能耗、近零碳排放實現指標控制。二是能源供給端，也就是提供怎樣的能源。十九大報告為我們指明了方向：“構建清潔低碳、安全高效的能源體系。”

　　作為可再生能源利用的典范——地熱能的開發利用已受到廣泛的關注和認可。而今，我國很多地方已開發利用地熱能為建筑供暖和制冷，解決了很大比例的建筑用能需求，促進了區域一次能源消耗量減少、污染物指標下降、能源供給質量和水平提升，契合了中央的指示精神。因此，為確保打贏藍天保衛戰，近一段時期，中共中央、國務院在多次重要會議上強調清潔取暖要以“宜電則電、宜氣則氣、宜煤則煤、宜熱則熱”為原則，因地制宜地把城市區域的發展和能源結構的調整優化結合起來考慮和部署。地熱能又迎來了一次重大發展機遇。

　　我國地熱資源特點是以淺層地熱能和中低溫地熱為主、高溫為輔，適宜為建筑供暖和制冷，少數地區的優質地熱資源可以用來發電。截至2017年底，我國利用地熱供暖建筑總面積超過7億m2。且隨著城鎮化建設步伐加快，地熱開發利用規模在不斷擴大，百萬平米級建筑群的地熱應用項目層出不窮。一方面說明我國地熱開發利用技術發展迅猛;另一方面，與過去相比，地熱區域化發展已成趨勢，呈現出更多新的特點，這也給我們帶來了新的挑戰。未來，如何使地熱能更好地服務并融入區域能源發展，使之成為一條人口、資源、環境相協調的可持續發展道路，作為行業從業者的使命，還應在扎實做好基礎工作的前提下，充分發揮創新能動作用，促進地熱產業發展壯大。

　　1 對“區域能源”的認識

　　1.1 “區域能源”的出現

　　19世紀末，隨著人類進入工業革命時期，能源的使用和消耗呈現猛增態勢。化石燃料和電力的產能已不能滿足規模急劇擴張的工業生產和居民生活需求。為促進能源效率和環境質量的提高，歐美一些國家將用能的“小而分散”轉變為“大而集中”，通過區域供冷、供熱與熱電聯產等先進技術，實現高效滿足區域內所有用能需求，即“區域能源”。

　　區域能源最早就是從區域供暖項目誕生的。100多年來，“區域能源”的內涵在不斷進化。現今定義為：一切用于生產和生活的能源，在一個特指的區域內得到科學的、合理的、綜合的、集成的應用，完成能源生產、供應、輸配、使用和排放過程，稱之為“區域能源”。“區域”：可以是一個城市、一個工業區或大型居住區，也可以是一個小區或建筑群，涵蓋從熱電聯產，到集中供暖、區域供冷、供電等各種技術措施。“能源”：燃煤、油、氣，可再生能源(包括地熱能)，生物質能等;可以是一種，也可以是多種能源互補應用(許文發，2016;伍小亭等，2019)。

　　區域能源的出現，在很大程度上減少了二氧化碳的排放，并且節省開銷、經濟實惠。因此，一直以來反響良好(供熱制冷，2010)。

　　1.2 地熱能服務區域能源

　　20世紀70年代，世界石油危機出現，新能源在區域能源中的發展迎來了轉機，地熱能的開發利用得到了全世界的重視。在時任地質部部長李四光教授的帶領下，我國也掀起了地熱開發的第一次高潮(北京市國土資源局，2008)。中國成為世界第8個地熱發電國家。北京成為世界6個具有地熱田的首都之一。同時，全國許多地方也開展了地熱供暖、水產養殖、溫室種植、溫泉洗浴(醫療)、工業利用和農產烘干等地熱直接利用(鄭克，2019)。

　　地熱能作為可再生能源融入區域能源應用，為區域能源的發展開辟了一條嶄新的道路。在已探明的地熱田地區，結合區域規劃建設及用能需求，優先利用地熱資源，可以解決或部分解決區域供電、供暖(冷)等問題。其優勢在于：1)環保性強，地熱資源可再生，其應用減少了化石燃料的使用，降低了污染物排放，同時，緩解了地區能源供給緊張;2)經濟性和保障性高，地熱能來源穩定，能源品質較高，無論是單一供給還是成為其它能源形式的補充，都能有效提升區域能源供給的經濟和穩定性。因此，在當前我國城鎮化以及低碳城市建設步伐加快形勢下，地熱能已成為發揮區域能源節能、經濟作用的重要支撐。

　　如今，地熱產業在我國已發展壯大，尤其是地熱直接利用量已躍居世界首位。并且，地熱經濟規模還在持續增長。但就全國層面來講，我國地熱能的開發利用方式較發達國家相比，還顯得比較粗放。濫采濫排、無序開發現象時有發生，有些地方造成負面大于正面的環境影響，有違“初心”。縱然有多方面因素共同使然，但在一定程度上阻礙了產業健康發展。為此，我國多地已出現十分嚴格的地熱開采管理法規。新形勢下，地熱開發更應精細化運作，從技術、經濟和管理等方面創新思路，提出解決問題的辦法。

　　地熱能供應和應用的科學合理會帶來更好的經濟和環境效益。筆者曾于2004年就提出“地熱水廠”的概念：在地熱資源較優質地區，在地區政府主導下，由一至兩家單位對區內地熱資源進行統一勘查、規劃、開發、供給、管理等，實現地熱資源的統籌利用。“地熱水廠”可以較少的地熱資源消耗發揮較大的優勢：一、對于地熱資源富集區域，如北京小湯山地區地熱資源條件很好，可解決旅游度假、休閑養生和農業種養殖。二、解決區域一定范圍內集中供熱問題，這是一個集約節約利用地熱資源的方案。這種理念已在江西宜春、山東臨沂、河北雄縣等地實施。

　　以北京某地熱田為例，2017年，該地區地熱水開采共計309萬m3，其中用于供暖183萬m3，溫泉洗浴126萬m3。總地熱井數118眼。區域內供暖單位10家，供暖總面積僅為25萬m2。

　　根據上述情況分析，若采用“地熱水廠”熱水統一供給模式，按照單井出水量及溫度測算，在滿足該地區供暖、洗浴需求前提下，地熱開采井需要數量小于10眼。按1∶1.5配置回灌井的情況下，總計最多25眼井可滿足該區域全部地熱使用。單從經濟性上看，集約節約利用主要體現在：(1)統一勘查，區域布局更加合理，減少勘探成本;(2)統一開發，減少地熱井鉆探及建造成本;(3)統一建設，優化設計及系統，減少管網和設備建設成本;(4)統一利用，充分利用地熱資源，如梯級利用等，單位水量供能量增加，減少輸送成本;(5)統一管理，減少人員及維護成本。有效地減少經濟和自然資源浪費。

　　因此，針對地熱能融入區域能源的利用形式，為更好地優化利用資源，我們提出：在一定區域內，在目前工藝條件下，通過合理的開發技術和手段，能夠獲取的經濟實用的、能夠滿足或部分滿足區域內有效使用的地熱能，或者可以有機地融入區域能源綜合利用系統的地熱能，稱為“區域地熱能”。

　　需要強調的是，區域地熱能不等同于大規模開發利用地熱資源，更講究資源利用的科學性、合理性。是從能源供給端到使用端，實現高度的環節統一與智慧管理，在一定范圍內形成資源節約、經濟性好、持續和保障性高的能源供給鏈，滿足區內不同的用能需求。

　　2 地熱能在區域能源中的應用及環保作用

　　2.1 在國際上的應用

　　冰島是世界上少數幾個擁有十分豐富地熱資源的國家之一。20世紀70年代以來，大力發展了本國地熱能的開發與利用。至2018年，全國90%的采暖是由地熱能供應的，90%的游泳池由地熱能加熱，地熱發電裝機容量755兆瓦。其中，首都雷克雅未克全部利用地熱采暖，該地區50多個地熱井，主要由該市能源公司運營，也是世界上最大最成熟的地熱供暖系統。另外，冰島還利用地熱資源養魚、除雪、溫室種植、工業生產等，已形成了資源開發與環境保護相協調的發展模式。

　　另一個地熱能利用示范案例的國家則是土耳其。截至2019年，全國11.6萬所住宅供暖，450萬m2溫室，4.64萬所酒店、康養設施，以及部分工業烘干、制冷等采用地熱能供給，地熱直接利用總量達3500兆瓦，成為地熱非電利用世界前四的國家。但其最受矚目的還是近些年在地熱發電領域的突飛猛進。土耳其地熱發電裝機容量經十幾年的發展，已從2005年的20兆瓦、世界第16位，飛躍至2019年的1595兆瓦、世界第4位，增長近80倍，成功進入世界地熱發電強國行列。不但環境清潔了，而且還使企業、居民用上了價格低廉的能源。其主要原因之一就是政府立法，凡投資地熱發電的均給予政策優惠。如基本激勵電價為10.5美分/千瓦時，額外激勵為2美分/千瓦時。極大地推動了社會資本參與地熱基礎設施建設。未來，該國還將繼續在干熱巖領域發展突破。

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