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瑞士是拥有地热装置最多的国家,在地源热泵利用方面位居世界之首。
瑞士的国土面积相当于两个半北京市大,瑞士经济发达,人均财富值位居世界第一,人均GDP居世界前列,许多跨国公司总部和国际性组织总部都设在瑞士,是很多世界经济发展论坛公认的世界竞争力最强的国家,也是全球最富裕和生活水平最高的国家。
瑞士位于莱茵河、罗纳河上游,水力资源丰富,能源消耗以水电为主,利用率达到95 %,占发电总量的55 %。瑞士是以工业为国民经济主体的国家,其核能发展也起步较早,1957年就开始进行核能开发,依靠机械工业的深厚根基,建立瑞士联邦核反应堆研究所,探索核能发电之路。截至2010年,瑞士的核电占总发电量的39 %。
2011年的福岛核泄露事件,让瑞士也开始着手改变能源结构,计划逐渐放弃核能,在2034年关闭国内所有核电站,虽然目前几座核电站依旧在运行中,但是开发新能源势在必行,因为一旦放弃核能,发电总量上将有接近40 %的能源缺口。
瑞士的可再生能源占发电总量的2 %,太阳能、风能都有一定的发展,但总体来看,都受到一定的地理条件限制。而地热能的开发,为瑞士的能源问题提供了一个可行的解决办法。
瑞士位于地中海~喜马拉雅地热带,境内有丰富的地热资源。作为世界高速
发展的国家之一,瑞士也正在向欧盟环保标准靠拢,大幅度减少二氧化碳排放量,而开发地热能这种清洁能源,可谓一举两得。
瑞士对地热能的开发利用起步较早,尤其是将地热能应用于供暖方面。2007年,瑞士的圣加仑市议会通过并采纳了“能源理念2050”计划,这是一项促进可再生能源开发利用的规划,这项计划中提到,到2050年,圣加仑市的地热供暖将普及到全市的居民住宅和办公楼。
在2008年,瑞士政府投资一百五十万瑞郎(折合人民币900万元),用于地热开发研究,占瑞士可再生能源开发研究总款项的12 %。同时,瑞士的各个高校纷纷开设地热专业,并招收硕士与博士,进行地热科学技术的研究突破,培养地热学专业高级人才。
到了2010年,瑞士的新建筑中,采用地热供暖的达到30 %,广泛地利用地下五十米到三百米的浅层地热能,通过地源热泵设备,将地热资源应用于供暖,使当时的瑞士成为了拥有地热装置最多的国家,在地源热泵利用方面位居世界之首。
瑞士政府鼓励投资开发地热资源,在圣加伦、苏黎世、日内瓦等市,地区政府纷纷出台开发地热计划。 截至2010年,瑞士共有五座地热发电站,以圣加仑市为例,地热钻井到四千米深度,出水温度为150 ℃到170 ℃,属于高压热水资源,因此该地地热发电站采用水热法,该地热发电站预计年发电六百万千瓦时到八百万千瓦时。这一地热电站始建于2010年11月,预计今明两年建成并投入运营,除了进行发电以外,还可以为该市的建筑提供区域供暖,节省大量取暖费用。
2011年,瑞士全国已有五万多个地热利用装置,采用高温地下水形式或蒸汽形式,每年发电量达到二百九十五亿千瓦时。瑞士巴塞尔市的地热供暖,利用高压将地表水注入地下五千米处,再将热量带到地面,为市内的居民住宅提供集中供暖。
目前瑞士政府正在大力开发地热资源,并将地热开发与其他能源如水力等可再生能源等进行综合利用,争取使地热发电提升到总供电量的3 % ~ 4 %,圣加仑市还计划在近几年实现能源的无碳化,将地热能源比例提升到50 % ,而苏黎世市也拟定地热发电计划,并在公立医院使用地热电能,日内瓦市预计在2020年将地热发电比例提升到20 % 。
4月1日,中共中央、国务院决定设立河北雄安新区的消息发布,世人瞩目。根据规划,雄安新区要建设成为绿色生态宜居新城区。记者近日在保定市雄县采访时了解到,当地实施地热代煤供暖已有7年多,相当于减少标准煤用量近百万吨,这座小城已成为“无烟城”,为新区清洁取暖蹚出了一条新路。
雄县建成区已淘汰燃煤锅炉,利用地热集中供暖
雄县县城建成区有19平方公里,居民不足10万。过去,县城像北方很多城市一样,冬季取暖主要靠烧煤。采暖季节,一些锅炉的烟囱吐出滚滚浓烟,到处灰蒙蒙的。
其实,这座小城的地下就藏着一座天然的“大锅炉”——地热。雄县有“中国温泉之乡”的称号,位于牛驼镇地热田,全县约六成面积蕴藏地热资源,地热水储量821亿立方米,地热出水温度最低也有55摄氏度,可以替代66.3亿吨标准煤。
早在2003年,雄县县城一些小区就开始用地热取暖。当时县城仅有3个小区靠地热供暖,比较零散。2009年,雄县引进一家国企,组建河北绿源公司,地热代煤供暖开始全面升级换代。近年来,绿源公司先后收购了18眼地热井,新打50眼。县城地热集中供暖每年增加几十万平方米,目前,绿源公司在雄县的地热供暖能力达477万平方米。
世纪城小区较早实现了地热供暖。刘女士家装的是地暖,冬季室内有20℃左右。“有时还觉得热,要把地暖关小一点。”
绿源公司运营主管王洪亮说,地热供暖可以保证居民家里达到18℃以上,每平方米仅收16元,燃煤锅炉取暖每平方米收20多元,用电、天然气取暖,成本则更高。
不尽地热滚滚来。2014年2月,国家能源局在雄县召开全国地热能开发利用现场会,推广地热代煤取暖的“雄县模式”,认为“雄县模式”技术上成熟、经济上可行。2016年3月,京津冀协同发展专家咨询委员会组长、中国工程院主席团名誉主席徐匡迪等专家、学者,考察了雄县地热资源,关注地热的开发利用。如今,小城建成区已淘汰燃煤锅炉,地热集中供暖,每年可替代标煤12万吨,县城基本实现二氧化碳、二氧化硫和粉尘“零排放”。
“地热下乡”使村民节约了能源,降低了费用
雄县北沙乡沙辛庄村老百姓祖祖辈辈烧“大渣儿”,他们做梦也想不到,有一天会用地热取暖,享受“市民待遇”。
雄县是禁煤区,清洁取暖势在必行。一些村子采取了以气代煤等方式,沙辛庄村则把目光投向了地下。该村北边有一处住宅小区,开发商在村子附近打了两眼地热井,地热供暖,一些村民看后很好奇,也羡慕。“俺们村下面就有地热,为啥不用呢?”沙辛庄村村支书马武山向上级提出,希望以地热代煤取暖,这个想法也得到了县里支持。
于是,绿源公司转战农村,探索“地热下乡”。去年10月,绿源公司开始进村铺设主管道,两个多月后全部完工。进入采暖期后,除了少数住在村子外围的农户,全村有320多户用上了地热集中供暖。
沙辛庄村地热集中供暖工程实行政府补贴、商业化运营。马武山说,地热引到村民家里,有的需要换管道,一般花费500元左右。不过取暖费用降低了,一年就能赚回来。有的直接连上旧管道,也能用,不用另外花钱。
老马和村民反复算过账:按平均每户三间屋子80平方米来算,过去村民烧煤取暖,一年少说也要2000多元。用上地热,只要1200多元。
沙辛庄希望学校有6间屋子,共300平方米,校长司德清表示,过去烧煤,需要一个兼职锅炉工,开工资不说,一年买煤要花9000多元。用上地热后,只需要4800元。
村民马笑野80多岁,他家的堂屋和卧室装了地热暖气。记者一进堂屋就看到,靠墙的小煤炉上堆满杂物,显然已经“退休”。老人说:过去冬天烧煤,一天要加三四次煤,还要倒煤渣。到了后半夜就不暖和,还怕火灭。用了地热暖气,屋里早晚都暖烘烘的,很稳定,也干净多了。“还便宜啊!过去一冬烧煤要1000多元,去年地热费只交了400多元。”
资源很有限,前期投资大,“雄县模式”能否复制?
为了铁腕治污,去年11月,河北将靠近京津的保定、廊坊18个县市区划为“禁煤区”,其余县市区也将逐步淘汰燃煤锅炉,清洁取暖需求空间很大。地热代煤的“雄县模式”,能走出雄县、大范围推广吗?
据地质勘探,牛驼镇地热田位于河北安新—雄县—固安—永清一带,都在禁煤区一带,大部分区域位于雄安新区。牛驼镇地热田有很多天然优势:地热水储量丰富,埋藏较浅,出水温度较高。
“只要有资源,技术不成问题。”王洪亮说,“我们采用冰岛的技术,采灌结合,没有热水污染,也不影响地下水位。根据外界气温变化,自动控制供暖温度,比较稳定。”早期雄县对地热水是用后直接排到地表,形成水塘或人工湖,即直采直排。冬天外界气温很低,热水温度高,对水中的微生物、附近的植物都有害,这就是热水污染。采灌结合就解决了这个问题,用后回灌地下,一来补充地下水,二来不会破坏植物。
绿源公司技术总监孙彩霞曾在冰岛留学,主修地热能源利用工程专业。她说,冰岛开发利用地热资源已有100多年,理念先进,技术成熟。借助这些先进技术,可以提高地热利用效率,降低运营成本,实现地热的可持续开发。
经过多年探索,“雄县模式”趋于成熟,实行“四统一”的政策措施:统一政策,政府统一制定地热勘探、开发、运行和收费优惠等政策;统一管理,县里成立地热管理办公室,统一管理地热综合利用;统一规划,编制地热发展专项规划,纳入城市建设和经济发展总体规划之中;统一开发,由一家公司整体开发,避免小散乱。
记者走访县城世纪城等小区时看到,地热管网就像水、电、气一样,是必须配建的取暖公用设施。
目前,绿源公司已经走出雄县,在河北容城、辛集、霸州等15个县市区实施地热代煤,总供暖面积达1600万平方米。下一步,他们将继续向地热资源富集的城市拓展,向农村延伸。
不过,地热代煤取暖也有“软肋”。最大的障碍就是资源局限。雄县北沙乡全乡禁煤,但只有沙辛庄村等少数村子是“近水楼台”,可以利用地热。农村比较分散,别的村子如果用地热取暖,就要铺设管道,长途引水,代价很高。
“前期投资太大,成本回收很慢,一般企业承受不了。”绿源公司一位负责人说,就沙辛庄村来说,村子有现成地热井可以利用,工程主要在铺设主管道,投入共1000多万元。要是打地热井,投入会更多,在取暖费不能完全市场化的情况下,恐怕20年也收不回成本。
有关专家认为,雄安新区要建设绿色生态宜居新城区,实现绿色低碳发展,必然大量使用清洁能源。雄县、安新地热资源丰富,新区周边的固安、永清等地也有地热资源,开发利用前景广阔。
据南方日报今年年初报道称,国家发改委、能源局、国土部联合印发的《地热能开发利用“十三五”规划》以下简称《规划》中看到,“十三五”时期,全国将新增地热能供暖制冷面积11亿平方米;新增地热发电装机容量500MW。到2020年,地热供暖制冷面积累计达到16亿平方米,地热发电装机容量约530MW。2020年,地热能年利用量7000万吨标准煤,地热能供暖年利用量4000万吨标准煤。
这是我国首次发布地热能相关的全国规划。记者从这份规划看到,国家明确将广东佛山市三水区列为整体推进浅层地热能供暖(制冷)项目建设的重点地区,而将广东省列为中低温地热发电项目建设的重点省区。
广东是分布密度仅次于西藏和云南的全国第三大地热资源大省,目前已发现的天然地热点数量约占全国1/10。根据广东省地质局最新地热资源评价结果显示,广东地热水可开采量达每年15亿吨左右,其热能相当于460万吨标准煤燃烧所产生的热量。从2013年开始至今年“收官”的第一轮全省地热资源调查评价与区划工作中,该局就发现了33处可用于高温地热发电的地热田,其30年发电潜力达1500兆瓦。
《规划》初步估算,“十三五”期间,浅层地热能供暖(制冷)可拉动投资约1400亿元,水热型地热能供暖可拉动投资约800亿元,地热发电可拉动投资约400亿元,合计约为2600亿元。此外,地热能开发利用还可带动地热资源勘查评价、钻井、热泵、换热等一系列关键技术和设备制造产业的发展。
地热资源具有绿色环保、污染小的特点,其开发利用不排放污染物和温室气体,可显著减少化石燃料消耗和化石燃料开采过程中的生态破坏,对自然环境条件改善和生态环境保护具有显著效果。据估算,2020年地热能年利用总量相当于替代化石能源7000万吨标准煤,相应减排二氧化碳1.7亿吨,节能减排效果显著。地热能开发利用可为经济转型和新型城镇化建设增加新的有生力量,同时也可推动地质勘查、建筑、水利、环境、公共设施管理等相关行业的发展,在增加就业、惠及民生方面也具有显著的社会效益。
《规划》提出,“十三五”时期,将形成较为完善的地热能开发利用管理体系和政策体系,掌握地热产业关键核心技术,形成比较完备的地热能开发利用设备制造、工程建设的标准体系和监测体系。在“十三五”时期,开展干热岩开发试验工作,建设干热岩示范项目。
《规划》明确了“十三五”地热能开发的重点任务:一是在全国地热资源开发利用现状普查的基础上,查明我国主要水热型地热区田及浅层地热能、干热岩开发区地质条件、热储特征、地热资源的质量和数量,并对其开采技术经济条件做出评价,为合理开发利用提供依据。支持有能力的企业积极参与地热勘探评价并优先获得地热资源特许经营资格,将勘探评价数据统一纳入国家数据管理平台。二是积极推进水热型地热供暖在京津冀鲁豫和生态环境脆弱的青藏高原及毗邻区集中规划,统一开发。三是大力推广浅层地热能利用。四是在西藏、川西等高温地热资源区建设高温地热发电工程;在华北、江苏、福建、广东等地区建设若干中低温地热发电工程。建立、完善扶持地热发电的机制和政策体系。五是加强关键技术研发。六是加强信息监测统计体系建设。七是围绕地热能开发利用产业链、标准规范、人才培养和服务等,完善地热能产业体系。
“我国地热行业正进入一个新的历史发展时期。”
这是记者参加日前在东营召开的2017第九届中国国际地源热泵行业高层论坛最大的感受。有行业人士对记者坦言,“此前国家能源规划往往提‘要大力发展风电、光伏等可再生能源’,地热就包括在这个‘等’里面,但今年出台了首个地热能国家发展规划——《地热能开发利用‘十三五’规划》,地热在能源发展中地位的提升由此可见。”
开启地热发展空间
作为一种可再生清洁能源,地热资源储量大、分布广,具有清洁环保、用途广泛、稳定性好、可循环利用等特点,与风能、太阳能等相比,不受季节、气候、昼夜变化等外界因素干扰,是一种现实且具竞争力的新能源。
“全球地热资源量约4900万亿吨标煤,中国约占全球资源量的1/6。 地热利用效率高,地热发电平均利用效率达73%,是太阳光伏发电的5.4倍,风力发电的3.6倍。”中科院院士、中国地源热泵产业联盟名誉理事长汪集暘表示。
我国地热能储量尽管与风电、光伏等可再生能源的发展不可同日而语,但经过多年蓄力,我国地热直接利用连续多年位于世界首位,“中国地热直接利用是第二名美国的两倍多。如果加上地热发电折算成年产出热能,2014年中国地热总体利用为48570 GWh,仍远大于美国的36328 GWh。”中国工程院院士、国家地热中心指导委员会主任、中国地源热泵产业联盟名誉理事长曹耀峰用数据说了这番话。
在地源热泵领域,中国不论是发展速度还是发展规模都已远超美国。国际地源热泵协会研究委员会主席刘小兵告诉记者,“美国地源热泵经过30—40年发展,才占市场份额的1%。美国40%的能源供应是天然气,当前页岩气也维持在20年前的低价,客观上制约了其他能源形式包括地热的发展。
尽管2016年前,美国对地热供暖有税收减免等优惠政策,但经济萧条,并没有对产业形成大的影响,现在特朗普执政,对新能源态度并不积极。美国地热发展仍面临能源价格低、缺乏政府支持等压力。”
相较之下,中国地热迎来发展的春天。
雾霾围城催生清洁供暖,地热发展由此推进。与此同时,在地热能利用领域,包括海利丰、永高股份等不断创新技术产品和商业模式,地热能应用在中国遍地开花。
就政策层面来看,尽管在地热供暖方面国家没有专门统一的补贴政策,“但是各地都有一些相关的政策,比如北京,深层地热供暖财政在热源部分直接补贴50%,对地源热泵补贴30%。其他地方的地热供暖,有的每平米补贴50元,有的是80元。”中国地质调查局浅层地温能研究推广中心常务副主任、北京市地质矿产勘查开发局能源处处长李宁波告诉记者。
今年2月,国家发改委、国家能源局及国土资源部联合发布《地热能开发利用“十三五”规划》,提出“十三五”期间,中国将新增地热能供暖(制冷)面积11亿平方米,其中新增浅层地热能供暖(制冷)面积7亿平方米,新增水热型地热供暖面积4亿平方米,新增地热发电装机容量500MW。
“这是国家首个地热产业规划,是地热产业发展的里程碑,必将对我国地热产业快速、健康发展起到极大的推动作用。”曹耀峰表示。
“目前全国地热能供暖面积已达4.78亿平方米。随着地热‘十三五’规划的出台,到2020年按照其10倍发展速度,就要达到50亿平方米,潜在市场规模可达万亿元。”李宁波说。
在北京市地质工程勘察院地热工程研究所所长杨亚军看来,“这将掀起地热供暖的热潮,地热供暖将达到前所未有的规模。”
地热发电滞后
就地热直接利用而言,中国是世界第一,但在地热发电领域,中国则远远落后于世界水平。数据显示,目前我国地热发电总装机容量约27.28MW,而美国装机容量超过了3000MW,菲律宾接近2000MW。
“从1970年12月,广东丰顺第一个地热发电站投产,中国成为世界第8个地热发电国,此后,7个中低温地热电站及西藏羊八井高温地热电站陆续投运。而现在全球25个地热发电国家中,中国地热发电装机排名第18位。”中国能源研究会地热专委会专家委员会主任郑克棪在接受记者采访时表示。
据记者了解,地热发电投资大、周期长、风险高,迄今国家还没有明确的对地热发电补贴的执行文件。电价补贴缺失很大程度上制约了我国地热发电速度和规模,因为“单纯利用地热发电,企业肯定是赔钱的。”
地热利用示意图对此,业内专家建议,按照可再生能源电价附加政策要求,借鉴风能、太阳能发展扶持方式,明确地热发电商业化运行项目电价补贴标准,可有效解决地热发电面临的资金瓶颈问题。
“《可再生能源法》《关于促进地热能开发利用的指导意见》明确了地热发电这一可再生能源可享有电价补贴政策,我们希望能进一步出台明确的实施办法。”郑克棪也建议。
在不少业内人士看来,地热发展“十三五”规划提出的“到2020年地热发电装机达到500MW,在目前补贴缺位的情况下,或很难达成。”
打造雄安地热示范城
在此次会议上,积极发展地热支持雄安新区生态城市建设亦成为热点话题。
早在2014年,华北地区首个地热供暖代替燃煤的无烟城雄县诞生,目前雄县地热供暖能力达到450万平方米,覆盖率超95%。今年4月“千年大计”雄安新区设立,其定位为绿色生态宜居新城区,地热能成为雄安新区设立以来首个确认的具体投资领域。
公开资料显示,截至目前,雄安新区分布有三个大中型地热田,地下热水资源分布广、埋藏浅、温度高、储量大、水质优、易回灌。雄安新区地下热水资源年均开采量折合标准煤逾200万吨,可满足近千万平方米的建筑群供暖需求。
据了解,中石化新星公司已在河北雄县召开现场会,研究为雄安新区提供“地热+”配套具体措施,计划2017年在雄安新区新增清洁能源供暖面积1000万平方米,打造地热资源利用的“全球样板”。
据中国地质科学院水文地质环境地质研究所地热研究室主任王贵玲介绍,雄安新区全区普遍适于浅层地温能开发利用,核心区均为地下水源热泵和地埋管热泵适宜性好区和适宜性中区。核心区浅层地温能开发利用的总能量折合标准煤11.2万吨,按35%的利用效率,每年可减排二氧化碳排放量9.35万吨。雄安新区全区每年可开采量折合标准煤400万吨,每年可减排二氧化碳950万吨。
雄安新区将如何打造地热示范城?王贵玲进一步建议,“在开发利用模式上,区内公用建筑,可使用浅层地温能;居民区建筑物供暖,应以开发深部岩溶地下热水资源为主;乡村应积极推广应用浅层地温能供暖、制冷;城乡结合带宜开发浅部砂岩型地下热水资源,用于温泉疗养、种植养殖及供暖等。”