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地热工作委主任陈焰华:清洁低碳的地热能源畅想

   2022-12-05 新华网1220
核心提示:地热能等新能源产业的发展,在“绿水青山就是金山银山”理念的引导下,也逐步走向高质量发展之路。以中国地热能资源赋存特征为起点,以产业转型升级为诉求,以社会公众福祉为落脚点的高质量发展模式将逐步从理论层面走向产业实践。

地热能是什么?

我国的地热能开发利用现状如何?

地热能有哪些利用方式?

中国技术监督情报协会地热产业工作委员会主任,中信设计总工程师、教授级高级工程师陈焰华受新华网“科普中国绿色双碳”栏目邀约,录制《清洁低碳的地热能源畅想》和《开启沉睡的地热能》视频,向公众科普地热能知识,讲述地热能助力实现“双碳”目标的重要意义。

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地热能的能量来源于哪里?为什么它是一种可再生能源?

我国地热资源总量相当于860万亿吨标准煤,是2021年全年能源消费总量52.4亿吨标准煤的16.4万倍,可谓储量巨大。同其他再生能源相比,太阳能在阴天的情况下发电很弱,风力发电在没有风的时候也会停摆,但是地热能却可以全年无休持续提供能量,就像一个能量充沛续航稳定的超大“充电宝”,能为人们提供源源不断的动力。

地热能是蕴藏在地球内部的巨大热量,这些热量简称为地球内热。地球内热主要源自两个方面:地球形成过程中重力位能转化储藏在核幔的热和壳幔放射性同位素衰变产生的热。除此之外,还有月球和地球之间相互吸引形成潮汐过程中由机械能转换的热能、硫化矿物与地下水接触发生化学反应释放出的热量等。

地球内热是推动整个地球发生发展和演化的原动力。实际上相对于风能、太阳能等可再生能源,地热能是唯一不受天气、季节变化影响的可再生能源。地热能除具有储量大、分布广、清洁环保等特点,其最大优势在于它的稳定性、连续性和利用率高,替代化石能源和减少碳排放的功能非常强大,开发利用地热资源是发展绿色经济、循环经济和低碳经济的必然趋势。

目前地热能主要应用在哪些方面?工作原理分别是什么?

地热资源丰富,类型齐全,分布广泛,依据地热温度分级,高于200 ℃的地热资源可以用来发电和进行梯级综合利用。100~200 ℃的地热资源可以用于双循环发电、吸收式制冷、直接供暖、工业干燥及热加工等。50~100 ℃的地热资源可用于直接供暖和供应生活热水,或进行工业干燥。20~50 ℃的地热资源主要用于供应生活热水,温泉洗浴、医疗康养,农业种植、水产养殖,包括为建筑物供冷供热。可以看到,地热资源可形成或催生多领域更广泛的利用方式,在各领域的利用技术形式也可以多种多样。

通过这个图可以看到地热梯级综合利用和多元化发展。地热能主要运用在以下方面:

1)地热发电技术。中高温地热能可转化为机械能再转化为电能。最实用的方法是用发电机组通过热力循环来实现。根据载热体类型、温度、压力和其他特性的不同,地热发电方式可分为蒸汽型地热发电和热水型地热发电两大类。

2)地热制冷技术。依据地热资源品位不同,可以采用不同的制冷技术。中高温地热资源可用于吸收式制冷;浅层地热能利用岩土体作为地源热泵系统的冷源或热汇,经热泵机组制取低温冷水为建筑物供冷。

3)地热供热技术。依据地热资源品位不同,采用不同的供热技术或方式。中高温地热资源利用,直接开采地热水并输送到换热站或直接进入每栋建筑的供热末端设备,为建筑供暖和提供生活热水。浅层地热能技术利用岩土体作为地源热泵系统的低位热源,经热泵机组提升后为建筑物供暖。

4)地热农业种植、养殖技术。主要是建造地热温室,用于农作物加工和栽培、花卉苗木培育,水产养殖,农副产品烘干等。

未来,随着与地热利用相关领域的扩展和开发利用技术的进步,必将进一步促进地热资源的勘探和开发,地热利用也必将进入一个飞速发展的崭新时期。

我国地热能产业发展现状如何?

做好地热能开发利用这篇大文章,要坚持统一规划、因地制宜、有序开发、清洁高效,建立完善地热能开发利用政策体系,规范有关管理流程,统筹抓好地热资源勘查和开发利用等各项工作,促进地热能多元化开发利用,助力全方位推动高质量发展。

我国地热能产业经过几十年的发展、技术积累及部分资源良好地区和重大工程的示范应用,特别是“十三五”时期在节能减排国家战略和《地热能开发利用“十三五”规划》的引领下,逐步得到了社会各界的重视,应该说已初步形成了以建筑供暖制冷、温泉洗浴、水产养殖、温室种植、设施农业等地热直接利用方式和地热发电的地热能综合开发利用技术体系;地热能装备制造方面,我们实现了大型钻探设备、地源热泵、高温热泵、多功能热泵及其配套设备和系统的基本国产化。

十三五”时期,我国加大了地热能开发利用的科研投入,通过科技攻关、创新研发、成果转化,形成了涵盖地热能开发利用全产业链系列性的共性关键技术。多个地热能项目列入国家重点研发计划或获得省部级科学技术奖。干热岩试采技术也实现了突破,中国地质调查局、青海省自然资源厅、中国石化等单位联合开展青海共和干热岩勘查开发科技攻坚和示范工程与试验研究基地的建设,成功实施了中国首口干热岩井的实验性压裂。

这些年,我们建设了一批重大的地热能开发利用项目,地热能技术的成熟性和可靠性得到进一步验证和实践认可。比如说,北京城市副中心办公区利用地源热泵+深层地热+水蓄能+辅助冷热源的综合能源利用技术,率先创建“近零碳排放区”示范工程,为237万平方米的建筑群供冷供暖;北京大兴国际机场地源热泵系统为257万平方米建筑提供冷热能源,成为“绿色机场”的重要组成部分;江苏南京江北新区利用长江水源热泵技术,将实现供冷供暖面积达到1200万平方米。

地热能有哪些优势?如何助力“双碳”目标的实现?

地热能作为一种新能源,也是未来能源,能够在践行“双碳”目标中发挥重大作用。2021年国家颁布的《关于促进地热能开发利用的若干意见》明确指出,大力开发利用地热能,对落实碳达峰、碳中和目标具有重要意义。

地热资源具有多种综合利用价值,可以带动包括地热发电、建筑供冷供热、农业种植、水产养殖、作物烘干、温泉洗浴、医疗康养、旅游休闲等在内的相关产业发展。

地热能在利用过程中,主要是通过蒸汽和热水等“载热体”把地下的热能带到地面上来,除地热发电外,在建筑供冷供热、温室农业和温泉旅游等方面也得到利用,基本上不消耗或少消耗化石能源。

从能源利用角度来说,化石能源具有不可再生和高排放的特点,高品位能源仅用于温度不高的建筑供热,其高能低用会造成能源的大量浪费。因此,就建筑能源的利用而言,应充分认识到化石能源的有限性、低效性、高污染性,减少建筑能源中化石能源的利用,提高低品位能源和自然能源包括地热能的利用。太阳能、风能替代的是电厂的燃煤,而地热能供热替代的是建筑供热锅炉的燃煤和取暖直燃的散煤,因此对减少碳排放和环境治理的意义更加重大。

国家“双碳”政策对地热能技术和产业的发展有什么影响?

地热能等新能源产业的发展,在“绿水青山就是金山银山”理念的引导下,也逐步走向高质量发展之路。以中国地热能资源赋存特征为起点,以产业转型升级为诉求,以社会公众福祉为落脚点的高质量发展模式将逐步从理论层面走向产业实践。

随着我国社会和经济的快速发展,人民群众对美好生活的向往日益提高,旺盛的供冷供热市场需求就是具体体现。通过地热能替代燃煤供暖及弥补煤改电、煤改气的不足,对于我国北方实现清洁供暖,特别是缓解京津冀地区冬季大气污染问题具有重要作用。夏热冬冷地区利用地源热泵可以满足冷暖联供,实现资源综合利用和清洁低碳供冷供热。

碳达峰碳中和战略的实施,能够有机协调和有效解决旺盛的供冷供热市场需求与优美生态环境需求的尖锐矛盾,既是地热能产业高质量发展的必由之路,又是地热能行业践行国家战略的历史担当。

实现碳达峰碳中和,既是贯彻新发展理念、构建新发展格局、推动高质量发展的内在要求,也是党中央统筹国内国际两个大局作出的重大战略决策,是主动担当大国责任、推动构建人类命运共同体的迫切需要。

根据国际能源署(IEA)预测,要实现碳达峰碳中和的目标,化石能源(煤炭、石油、天然气)都必须被逐步减少使用,清洁能源则会在能源系统中占据越来越重要的地位。相对于太阳能和风能的间歇性和波动性,地热能是稳定可靠的可再生能源,并且与建筑能源需求(供冷供热)具有天然的契合性,如何通过政策支持和技术创新快速降低地热能开发和利用成本,扩大使用规模和应用场景,形成地热能综合开发和梯级高效利用的完整技术体系,是全球地热能行业必须正视和倾力研究的关键问题。

推广和发展地热能技术和产业,助力“双碳”目标实现,还需哪些方面的配合?

第一,要加快深部地热资源勘探和可开发利用技术的科研攻关,建立权威开放的全国性地热资源数据库。建立集地热能资源基础数据、开发利用动态、资源勘查评价、立项审批、项目信息、运行数据、产业规模等信息管理系统为一体的地热能大数据平台,对地热能开发利用进行统一监管和监测评价。

第二,积极拉长地热能利用产业链,培育产业配套市场,探索地热能利用的多种商业模式。

第三,建立规划实施和结果的评价机制。建立和完善市场运行规则,形成公平合理有序竞争的地热能开发利用市场秩序;强化对地热能实施全过程和运营的监管及评价,确保地热能的科学和高效利用。

推动地热能开发利用,将有助于尽早实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和的宏伟目标,是未来能源转型的新方向,是建筑能源低碳高效利用的优化选择,是完成非化石能源利用目标、建设清洁低碳社会、实现能源可持续发展的必然选择。

关于“科普中国绿色双碳”项目

“科普中国绿色双碳”项目是中国科协科普信息化建设工程的重要组成部分,是“科普中国”品牌下中国科协与新华网联合打造的专题栏目,向社会公众深入科普“双碳”知识及其重大意义,广泛宣传国家战略方针,全面提升“双碳”理念,增强大众环保意识,践行绿色低碳生活方式,科普助力“双碳”目标实现。

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