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冷思考 | 水熱型地熱,未來將走向何方?

2021-09-29 08:50:43 地熱能資訊

近期,多地開始部署冬季清潔供暖準備工作。河北衡水、山西運城等地召開關停地熱井熱源替代工作調度會,要求“依法全面取締地熱井,堅決關停、不留死角”“對已完成關停的地熱井開展‘回頭看’,防止已關停地熱井死灰復燃,杜絕新的違法打井取熱行為”,這令不少地熱企業陷入困境。我國水熱型地熱未來發展之路在何方?如何推動地熱能更大規模和更高質量開發利用?為此,《中國地熱》記者采訪了業內多位專家及地熱從業者。

地熱能技術應用重在“因地制宜”

地熱能是一種儲量豐富、分布較廣、穩定可靠的可再生能源。近年來,地熱能開發應用在政府及市場的雙重力量推動下得到了快速發展。截至2020年底,我國地熱供暖面積接近14億平方米,繼續保持世界第一。業內專家認為,“因地制宜”是我國地熱能開發利用取得最成功的經驗之一。

“因地制宜開發利用地熱能。”這是2021年4月國家能源局發布的《關于促進地熱能開發利用的若干意見(征求意見稿)》(下稱“征求意見稿”)對地熱能發展基調作出的表述。

《中國地熱》記者梳理近期國家發布的關于支持地熱行業發展政策,“因地制宜”成為熱詞。今年年初,國家能源局發布《關于因地制宜做好可再生能源供暖工作的通知》提出,“因地制宜推廣各類可再生能源供暖技術。”新華社受權于2021年3月12日全文刊發《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》指出,“因地制宜開發利用地熱能。”

地熱資源的分布受地質條件約束控制,有溫度高低,熱水中礦物質含量有多寡,都會影響地熱可利用的方式。如何理解“因地制宜”?中國地熱產業工作委員會專家委員會主任鄭克棪在接受《中國地熱》記者采訪時表示,因地制宜就是根據當地地熱資源的具體情況,采用不同的開發利用方式。他舉例說,比如高溫地熱可以發電;發電后溫度降低可以用來供暖;溫度低了可以采用熱泵提高其溫度。熱水礦物質少的可直接送入管線供暖;但礦物質多有腐蝕和結垢問題,要用熱交換器換熱后再輸送。

鄭克棪表示,可再生能源最佳供暖方案要做技術和經濟可行性分析,對于作為可再生能源的地熱供暖也如此。如果地熱資源條件好的地區,選擇效率高且又經濟環保的地熱供暖方式最適宜,但若地熱條件不好,不適宜鉆地熱井,則選擇其他供暖方式。空氣源熱泵的效率比地源熱泵低,但空氣源熱泵便于安裝施工,在偏南方地區可以選用空氣源熱泵。而在嚴寒的北方地區,空氣源熱泵效率較低,用電成本偏高,宜優先考慮地源熱泵。放眼全球,外國在計劃做地熱利用之前,會對其開發的可行性做出評價,綜合比較幾種方案,選擇最適宜的方式。

也有業內專家表示,地熱能在強調因地制宜的同時,更應當追求創新發展。“要想獲取適用于某一熱用戶需求的最優設計,不僅要了解普適的共性規律,更應關注個性部分,只有做到真正的‘量體裁衣’才能獲得地熱利用的技術經濟優化設計,才具有市場競爭力,地熱發展也才具有真正的生命力。”業內專家說。

強化地熱資源監督管理將成常態

近年來,一些企業和個人在經濟利益驅使下,未經政府部門批準擅自開鑿地熱井,或以開采地下水為名開鑿地熱井,無證開采地熱資源,嚴重影響正常的地熱開發秩序,各地政府加大對地熱違法事件的查處力度。

2021年8月13日,河北衡水召開關停地熱井熱源替代工作調度會,要求對已關停的地熱井開展“回頭看”,杜絕新的違法打井取熱行為。據記者了解,此次衡水市開展已關停地熱井“回頭看”行動,源于去年全市實施的大規模違規地熱井關停任務。

近期,山西運城在地熱井管理專項整治行動中,要求“依法全面取締地熱井,堅決關停、不留死角。統籌推進集中供熱替代工程。”據《中國地熱》記者調查了解,運城中心城區絕大多數的地熱井只抽不回灌,使用單位為節約成本,大多數地熱井沒有回灌措施。

國家能源局能源行業地熱能專業標準化技術委員會首席專家趙豐年分析指出,目前部分地熱能企業沒有按照標準和政策規范開發,水熱型地熱能項目沒有實現科學回灌,從而出現了外排地熱水造成地表環境污染、深層地熱水水位持續下降及地熱資源的枯竭問題;部分淺層地熱能及地下水源熱泵項目主要因工程質量控制不合格,導致沒有達到節約能源的效果。

上述違規違法地熱井導致的問題已經引起了國家層面的重視。《關于因地制宜做好可再生能源供暖工作的通知》著重提出,在地下水飲用水水源地及其保護區范圍內,禁止以保護的目標含水層作為熱泵水源。在地下水禁限采區、深層(承壓)含水層以及地熱水無法有效回灌的地區或對應含水層,禁止以地下水作為熱泵水源。

“沒辦法回灌的地熱井,確實對環境影響很大,一方面地下熱儲水位持續下降,還可能誘發地面沉降,一方面沒有回灌熱水對地表植被生態也造成一定損害。”一位業內人士向記者坦言,以前地熱開發亂象很多,現在開始整治并非一朝一夕就可完成。

因地制宜可以說是地熱利用的基本原則。上述受訪人士坦言,“有些地方地質條件不太好,確實不適合經濟的回灌,目前關停也是合理的。”這位業內人士建言,“今后地熱能開發項目要從前期就規劃好,堅持規劃先行。”

也有業內專家在接受《中國地熱》采訪時表示,地熱產業發展要確保先進性和競爭力,寄希望于投機取巧的短視行為肯定沒有市場。取締關停問題井和不回灌井對于地熱產業今后可持續發展來講是好事情。“這等于提出了新要求,樹立了新標準。”

征求意見稿提出,到2025年,各地基本建立起完善規范的地熱能開發利用管理流程,全國地熱能開發利用信息統計和監測體系基本完善。業內人士表示,建立地熱執法監察長效機制,規范地熱水開采行為,使地熱資源得到科學合理利用,這對促進地熱能高質量發展尤為重要。

多措并舉加大地熱回灌保護力度

長期抽取地下熱水而不全部回灌,對地熱水資源造成破壞,同時地熱尾水排放也容易造成環境污染。針對這些問題,各地政府均陸續加強規范抽采地熱水管理,加大地熱回灌保護力度。與此同時,相關企事業單位加強地熱技術研發創新,探路行業發展。

天津市地熱回灌注重做好“開源節流”大文章。天津實施“回灌系統整合”“補建回灌井”等地熱資源管理保護措施,新建地熱項目必須實現回灌式開發;歷史遺留地熱單井限期補建回灌井、全部回灌。同時,積極推行利用地表水補充回灌技術。東麗區東麗湖在成功利用湖水進行地熱回灌試驗的基礎上,探索建設新的熱儲回灌工程。

近年來,天津市遵循“以灌定采、采灌平衡”的開發原則,通過政策引導、技術創新等手段,不斷提高地熱回灌率。數據顯示,天津市部分區域地熱水位已回升2至8米,各熱儲層漏斗區面積不同程度減少。截至2020年底,天津市利用地熱供暖總面積達3423萬平方米,約占全市供暖總面積的7%。

堅持“采灌均衡”的清潔利用方式,這在地熱界內已達成共識。除了以直接抽取地下熱水形式的水熱型地熱開發利用方式外,地熱界還創新推出了“取熱不取水”的深井換熱技術,但其取熱率遠低于對流開采,在適當條件下可部分替代回灌困難條件下的采灌方式。此外,還有單井換熱的中深層地源熱泵取暖技術、中深層水熱型地熱能源電熱聯供技術等。

除技術創新之外,政府部門對地熱資源開發利用的規范管理是關系行業可持續發展的重要因素。河北省水利廳、河北省自然資源廳2021年6月28日印發《關于規范抽采地熱水管理的通知》(冀水資函【2021】50號)指出,采用深層地下換熱方式開發利用地熱能(只取熱不取水),不需辦理取水許可和采礦許可。補辦取水許可和采礦許可手續的地熱供暖項目,地熱尾水同層回灌量應不低于95%。同時要求,取水井與回灌井均應安裝在線計量監控設施,監測數據應按照相應技術規范上傳至省級監控平臺。

山東省在地熱水資源管理方面提出,采礦權申請人必須制定回灌方案,落實以灌定采措施,開采孔隙熱儲型地熱資源的回灌率不低于80%,開采巖溶熱儲型地熱資源的回灌率不低于90%。作為黑龍江省首部以清潔供暖為主題、以地熱能為專項的省級規劃——《黑龍江省地熱能供暖專項規劃》以“取熱不取水”為總綱,遵循“科學勘察、因地制宜,清潔高效、持續利用,政府引導、市場運作”的原則,制定本地區地熱能供暖發展計劃。

北京市關于辦理地熱礦業權審批、水熱型地熱供暖發展給出了可行的借鑒。8月20日,北京市規劃和自然資源委員會官網發布《關于我市地熱資源礦業權審批工作的公告》指出,今后國家級市政府重點工程、公益性項目、供暖項目經申請并報市政府批準后可依法辦理地熱礦業權審批,符合上述用途的開發利用項目可依法辦理礦業權新立審批,已取得礦業權的項目,到期后包括已過期的項目可辦理礦業權延續審批。不符合上述用途的開發利用項目在礦業權到期后不再辦理延續審批。根據要求,北京鼓勵向地熱供暖回灌方向轉型,不能轉型的,采礦權到期后采礦許可證自行廢止,采礦權注銷。

對于上述北京的做法,業內人士直言“這是科學發展的主流”,“這項政策是地熱能行業的發展方向”。在實現地熱能可持續利用的同時,也保持地下生態環境的平衡與安全。

體系化創新破解地熱行業發展頑疾

地熱能行業健康可持續發展離不開頂層制度設計。趙豐年建議,要理順管理機制,做好地熱開發規劃引導。同時,建立監測、評價和認證體系,以此更好地引領地熱行業高質量發展。

長期以來,我國各能源分系統相互獨立,未能協調發展,產生了一些局部矛盾。在管理機制方面,地熱開發涉及自然資源、發展改革、能源、水利等多部門,難免出現職責不清等現象,增加了地熱項目的審批難度和成本。趙豐年表示,“建議打通部門間審批通道,自然資源主管部門出讓地熱采礦權時與水行政主管部門聯合論證和審批,同時辦理取水許可證和采礦許可證,簡化辦事程序,提高地熱礦權的辦理效率。”

業內人士認為,部分地方政府部門管理缺位和沒有區別對待的科學決策,實施“一刀切”關停的政策和措施,對地熱能行業造成了直接的打擊。而另一方面,也有受訪的業內人士指出,“打鐵要靠自身硬,行業自身有問題是深層次原因。”

關于地熱井尾水不回灌的亂象,趙豐年表示,新上供暖類地熱開發利用項目要嚴格執行行業標準《地熱回灌技術要求》(NB/T 10099-2018),采礦權人應當制定回灌方案,強力實施地熱回灌。回灌方案應當經自然資源主管部門審批,同時報水行政主管部門備案。采礦權人必須按照回灌方案將回灌井、回灌設施與取水設施同時設計、同時施工、同時投入使用。

地熱資源動態監測是實現地熱資源可持續開發的科學依據。趙豐年認為,政府主管部門要牽頭建立地熱資源動態監測體系,開展地下熱水的壓力、溫度、流量、混濁度等物理動態綜合監測,在有條件的井孔中同時布設水壓、水位、水文、測震、應變等多種手段的監測儀器,完整監測地下熱水系統,掌握一定時間、空間范圍內地下熱水的動態變化規律,嚴格監督與環境問題相關的重要監測事項,促進地熱資源的高質量開發利用。

業內專家還表示,“十四五”期間,要加強核心標準的研究制訂,逐步優化和完善各個環節的行業技術標準,構建完善的覆蓋全產業鏈的技術標準體系。另外,建立地熱行業檢測認證中心,以行業標準為依據開展地熱回灌技術評價認證工作,作為地熱能開發利用項目質量提升的重要抓手和依據。

未來水熱型地熱何去何從?妥善處理好開發和保護的關系,完善標準和監管體系,增強技術創新動力,因地制宜、科學有序地推進地熱能開發利用,這將對促進我國碳達峰、碳中和目標的實現具有積極而重要的作用。一條更加清晰的地熱能高質量發展路徑已然明確。(文/代海雷)

(注:原文刊登于2021年8月刊《中國地熱》,原標題:整治違法開采地熱井,水熱型地熱何去何從?)




責任編輯: 李穎

標簽:水熱型地熱,地熱企業