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鄭克棪:中國地熱利用仍大有可為

來源:​《中國電業》 時間:2020-11-17 17:21

中國地熱利用:雖已享譽世界 但仍大有可為

中國能源研究會地熱專業委員會主任 鄭克棪

  2020年是我國“十三五”收官之年,中國地熱的直接利用再創輝煌,在2020世界地熱大會視頻開幕式上獲得了12個“世界第一”,可謂“功成名就”,成為難以被超越的權威,也為我國地熱發展史交出了一份滿意的答卷。不過,中國在地熱開發和利用尤其是地熱發電方面還有很大發展空間,值得我們深入探討研究。

  中國地熱開發的第一次高潮

  二十世紀七十年代的世界第一次石油危機,引發多國政府努力尋找可以替代石油的“新能源”。時任我國地質部部長李四光倡導開發利用地熱能,由此掀起了中國地熱勘查和開發的第一次高潮。

  在李部長的倡導動員下,地質部系統的各省地質隊伍、全國有關科研院所、有關大專院校,這三部分技術力量,都全力投入工作,利用當地温泉,或鑽出地熱井,開展地熱發電和綜合利用。1970年,廣東省豐順縣鄧屋村地熱發電站發電成功,裝機從最初的86千瓦發展為後來的300千瓦,這使我國成為世界第八個採用地熱發電的國家。1971年,江西省宜春縣温湯鎮引用67℃温泉水發電成功,雖裝機只有50千瓦,但創造了世界最低温度的地熱發電記錄。緊接着,河北省懷來縣後郝窯200千瓦、廣西象州縣熱水村200千瓦、湖南省寧鄉市灰湯鎮300千瓦、山東省招遠市湯東泉200千瓦和遼寧省蓋縣熊嶽鎮100千瓦地熱發電站均紛紛建成,至此,全國共擁有七處中低温地熱發電站。另外,西藏自治區羊八井鎮於1977年建成1000千瓦高温地熱發電站,將二十世紀七十年代的我國地熱發電推上了高潮。羊八井地熱電站後來陸續增容,最終達到2.518萬千瓦裝機容量,當時承擔了拉薩市年供電的40%和冬季供電的60%,於1978年在全國科技大會上獲得“地熱發電(濕蒸汽直接發電)重大貢獻獎”。羊八井地熱電站一直運行至今。

  除了發電,地熱還可被直接利用。當時,北京市的紡織廠用地熱水洗布、染布、供暖,天津市的毛織廠用地熱水洗毛、染毛,京津地區都用地熱水循環供暖,並搭建地熱温室在冬季種植反季節鮮菜供應市場。此外,地熱還用於水產養殖、雛禽孵化、禽產品加工,南方地區如福州市利用地熱水夏季製冰,各地還將地熱水應用於傳統的温泉洗浴和醫療行業。天津市組織了“地熱會戰”,地熱的綜合利用形式多樣,李四光部長號召全國向天津市學習。

  服務於地熱發電和其綜合利用的需要,各省市區的地質隊擴大了地熱資源勘探,北京市從無到有勘探發現了城區地熱田,天津市也擴大了王蘭莊和萬家碼頭地熱田的開發規模。全國陸續勘探出了近300處地熱田,形成了熱火朝天的地熱勘探開發局面。但遺憾的是,中國地熱的第一次高潮雖轟轟烈烈,卻沒有形成產業隊伍,因此未能保持持續生產,在完成試驗任務後至二十世紀七十年代後期就逐漸消退了。

  地熱直接利用攀上世界第一

  改革開放推動我國從計劃經濟向社會主義市場經濟變革,也為地熱開發利用帶來了新的轉機。經過一段時期的“摸着石頭過河”,國內開發商開始投入地熱經營,並使地熱產業逐漸形成。最初,隨着社會發展,為滿足經濟繁榮後人們的生活休閒需求,出現了温泉游泳池和單間洗浴(室內、室外),吸引了大眾的新鮮消費,第一批投資商很快盈利,於是自發帶動了後續開發商的跟進。温泉休閒業擴大到天津市和沿海地區,温泉度假村、温泉遊樂場、温泉房地產等不斷跟進和發展壯大,促進了地熱產業的快速成長。

  據1995年、2000年、2005年、2010年、2015年和2020年世界地熱大會公佈的數據,世界地熱直接利用(用熱)排名顯示:1995年是冰島居世界第一;2000年開始中國佔據世界第一,此後一直穩居第一位,且中國在世界所佔的份額越來越大;2020年,中國地熱直接利用的能量佔世界總量的47.2%,世界前十名中其餘九個國家的總量都不及中國,僅為中國的83.5%。

  在地源熱泵方面,中國也是後起之秀,此前,世界發達國家早已運用了幾十年。因為可以兼用於冬季供暖和夏季製冷,既節省成本又提高效率,節能減排,二十世紀九十年代以來在發達國家連續呈現20%左右的年增長。1995年,我國引進地源熱泵,起步時年利用淺層地熱能7*1012焦耳,當時世界產能總量已達14617*1012焦耳,我國僅佔世界地源熱泵產能的不到萬分之五。然而地源熱泵在中國的發展速度驚人,進入二十一世紀以來,中國的地源熱泵平均年累進增長率超過30%。2014年,我國年利用淺層地熱能100311*1012焦耳,成為世界第一,並佔世界總額的30.9%,2019年達到年利用246212*1012焦耳,佔世界的41.0%。

  2020年中國地熱再創輝煌

  2020年對於中國地熱界來説具有非凡的意義。對於三個歷史性的時刻,我們都交出了一份時代的答卷。

  第一,2020年是李四光倡導中國地熱能開發利用50週年。1970年初,李四光指出“地下是一個大熱庫,是人類開闢自然能源的一個新來源,就像人類發現煤炭、石油可以燃燒一樣。”正是這樣的高瞻遠矚,從此改變了國人的傳統認識,開創了中國地熱作為新能源開發的歷程,這具有歷史和現實意義,也為中國地熱的發展並走向世界奠定了基礎。

  “李四光倡導中國地熱能開發利用50週年紀念大會”於2020年5月28日以視頻形式舉辦,自然資源部主管地熱的相關領導、中國科學院院士和中國工程院院士、全國各地產學研諸部門的地熱工作者踴躍參會,在線參加會議300人。大會温習了李四光部長的囑託,交流了李四光精神50年來引導中國地熱能開發利用的成就和經驗,激發了全體地熱人再創中國地熱事業發展新局面的激情。

  第二,中國地熱能開發利用“十三五”規劃收官。我國遵循《巴黎協定》承諾的全球性碳減排目標,大力支持可再生能源發展替代傳統化石能源,首次將地熱能開發利用納入“十三五”專項規劃。2020年是規劃收官之年,我們已經看到了地熱能比從前更大的發展勢態。“十二五”結束時,我國地熱供暖“闖入”世界第一,當時我國地熱供暖面積剛突破1億平方米,實現這個1億平方米我們用了45年,但到2019年,我國地熱供暖面積已達2.82億平方米,待到2020年底我國地熱供暖面積將超過以往45年業績的兩倍多,並且這樣的業績是在“十三五”期間僅五年時間完成的,這是何等震撼的中國速度!

  再看地源熱泵方面,“十二五”末我國地源熱泵利用面積突破4億平方米,2019年底已達到8.41億平方米,即“十三五”中的四年已超過以往20年的業績。而且,2015年在設備裝機容量不佔優勢的情況下我國地源熱泵實現了年利用淺層地熱能居世界第一的成績,如今,我國的地源熱泵設備容量也成為世界第一。“十三五”期間,我國地熱直接利用在世界第一的高度上又提升了一大格。

  第三,2020年世界地熱大會視頻開幕式舉行。2020年世界地熱大會受新冠肺炎疫情影響僅在冰島舉行了視頻開幕式,發佈了與世界地熱直接利用和世界地熱發電相關的兩個報告。前國際地熱協會主席約翰·蘭德所作的《世界地熱直接利用現狀報告》(簡稱《報告》)中,共提到了12項“中國第一”,“中國”一詞成為最熱門詞彙。《報告》還提到了中國地熱直接利用的設備容量和年利用熱能,及地源熱泵的設備容量和年利用熱能,還有地熱供暖、水產養殖、温泉洗浴等分類利用。中國地熱直接利用已經在世界上獨佔鰲頭,達到了“無人超越”的境地。

  中國地熱利用仍需補齊短板

  地熱能利用包括地熱直接利用和地熱發電兩大領域,而中國的地熱發電還存在短板,在世界27個地熱發電國家中,中國排名相對靠後。2019年,中國地熱發電裝機容量4.456萬千瓦,只佔世界總量的不足千分之三。

  當前,地熱發電世界十強中有美國、菲律賓、墨西哥、意大利和日本、土耳其、肯尼亞、冰島、印度尼西亞、新西蘭等國(排名不分先後)。

  中國的地熱發電在建成羊八井地熱電站後進展緩慢,其不足之處今後仍有待完善。

  一是政府扶持力度有待進一步加強。我國的地熱資源十分豐富,但我國對地熱發電未來規劃不夠清晰。政府的引領和推動將是地熱發電產業發展的關鍵。地熱發電在國外大放異彩與政府的扶持密不可分,多國政府都在支持地熱能發展方面做出了努力。目前,我國對於地熱發電產業的扶持力度還遠遠不夠,並且存在評價信息缺失、資源利用浪費、不合理開發等問題。

  二是科學創新力度不夠。目前在中低温餘熱發電技術方面,江西華電電力有限責任公司的螺桿膨脹動力發電機的發電技術比較成熟,既可用於工業餘熱廢熱回收發電,也可用於新能源發電,在國際上也處於先進水平。但地熱發電遇到的其他技術問題還很多,有時甚至是基礎性的,比如,熱源探查技術落後,鑽探技術還不成熟,成井工藝方面也有待提高,有時需要打很多廢井才能找到熱源,增加生產成本,嚴重影響熱能的充分利用和熱源的使用壽命。另外,地熱發電企業在綜合技術支持方面也存在缺陷,地面技術與地下勘探難以兼顧,且地熱發電設備陳舊,導致熱電轉換效率低和電力傳輸損耗大,成本高。

  中國地熱發電發展潛力與前景

  地熱發電在可再生能源中性能絕佳,受到國際青睞。地熱發電具有最高的能力因子,世界地熱發電實際運行的平均利用係數為0.72,而且先進機組已達到0.95,即一年8760小時中超過8300小時可以連續工作,輸出電力。這個指標遠高於水電的0.42、風電的0.21和太陽能發電的0.14。舉例來説,西藏羊易地熱電站1.6萬千瓦裝機容量年發電量1.28億千瓦時,而羊易三個光伏電站裝機量共7萬千瓦的年總髮電量還不足1億千瓦時。

  我們可以分析發展中國地熱發電的基本要素:一是資源條件。地熱資源是本土資源,我國西藏自治區、雲南省和川西地區位於全球性的地中海—喜馬拉雅地熱帶上,150℃以上的高温地熱資源豐富,“十二五”期間全國地熱資源調查評價,那裏有711.6萬千瓦高温資源適於發電。二是技術條件。由於長期停滯發展使我國的地熱發電技術顯得落後,但過去羊八井地熱電站的發電設備87%是國產,後來我國還自主研發了全流地熱發電技術設備,並開始投用;新建成的羊易地熱電站引進了“奧瑪特科技”的產品,我們運行操作的能力因子已達0.91,遠遠超過了世界平均水平0.72。這些説明我國的地熱發電在技術方面的阻礙並不算無法攻克的難關。完善目前的地熱發電技術,是除火力、水力發電之後技術問題較容易解決的第三種發電方式。三是經濟條件。羊易地熱電站總投資6.4億元,摺合每千瓦裝機4萬元,與近期國際水平相當。該電站是由民營企業杭州錦江集團有限公司投資建設,中國具備大量實力雄厚的國有企業、民營企業,資金投入並不應成為地熱發電發展的阻礙。

  綜上,中國地熱發電現狀雖存在短板,但未來仍大有可為。我們必須努力克服現有障礙,爭取中國地熱發電更進一步,取得順利進展。

責任編輯:張媛媛  投稿郵箱:網上投稿