位于河北雄安新區(qū)科創(chuàng)中心中試基地的換熱站。
在云南大理洱源縣牛街鄉(xiāng)，當?shù)鼐用窭玫責崴訜犭u蛋。
高溫天氣，室內(nèi)制冷靠的不是吹空調(diào)，而是藏在地底下的地熱能——這樣的應(yīng)用，您聽說過嗎?
最近，本報記者走進河北雄安、陜西咸陽、云南大理等地，發(fā)現(xiàn)除了用于制冷，地熱能還就地開發(fā)供北方地區(qū)清潔取暖;在一些地熱資源豐富區(qū)域，地熱水助當?shù)匕l(fā)展起溫泉康養(yǎng)產(chǎn)業(yè);還有些具備高溫地熱能資源的地區(qū)，地熱能作為發(fā)電電源，與其他能源“合作互助”，保障用電穩(wěn)定。
埋藏在地下的熱能，如何發(fā)掘出來為人們所用?目前，中國地熱能產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況如何?
能供熱也能制冷，地熱資源保障民生用能作用不小
在位于河北雄安新區(qū)雄縣鑫城小區(qū)的中國石化綠源公司人才家園換熱站，站長張虎正忙著給設(shè)備“做體檢”。“趁著沒到供暖季，我們得做好換熱設(shè)備的維護工作，給設(shè)備除銹清洗、加油潤滑等，確保冬季順利供暖。”張虎說。
這個位于地下的換熱站占地面積不大，卻保障著小區(qū)內(nèi)3000多戶家庭的冬季供暖。暖氣的源頭，正是埋藏在地底下的地熱能。
所謂地熱能，是指存在于地球內(nèi)部巖土體、流體和巖漿體中，可為人類開發(fā)利用的熱能。根據(jù)埋藏深度，地熱能通常分為淺層地熱能、水熱型地熱資源和干熱巖。從地球表面向下至200米左右的是淺層地熱資源;地下200米至3000米深度范圍內(nèi)且以熱水形式存在的熱能是水熱型資源;干熱巖則埋藏在地下3000米以下。
地熱能“藏”得這么深，如何把它發(fā)掘出來為人們所用?業(yè)內(nèi)人士介紹，這首先涉及勘探技術(shù)。如同在地下尋找油氣，開采地熱資源要先判斷“有沒有”，利用地震勘探等手段，通過地震波在不同巖層中傳遞的速度曲線，計算出地熱能所處位置。緊接著，通過地熱鉆井技術(shù)，把地下的高溫水等地熱資源引到地面，進行利用。
“在我們換熱站內(nèi)，地熱水經(jīng)過潛水泵提取，進入旋流除砂器除砂，接著來到板式換熱器進行熱交換，也就是把地下高溫水的‘熱’提取出來，作為熱源供冬季取暖利用。”張虎告訴本報記者，地熱水“換”出來的熱能再經(jīng)過根根管道，輸送至居民家中。
相較傳統(tǒng)燒煤等取暖手段，用地熱能供暖不僅環(huán)保效益高，也經(jīng)濟實惠不少。鑫城小區(qū)住戶崔文秀告訴記者，以前自家住在村子里，主要靠燒煤取暖，常常得半夜起來添煤。“空氣里都是煤灰，鼻孔熏得黢黑。”她說，“用上地熱能取暖后，冬天屋子里溫度能達到20多攝氏度，光著腳在地板上走也不冷。我們家103平方米，一個采暖季下來，供暖費只需要兩千多元，比用天然氣劃算不少。”
實際上，不僅用于冬季取暖，地下埋藏的熱能還可用于夏季制冷。走進雄安新區(qū)科創(chuàng)中心中試基地，盡管室外30多攝氏度的高溫，室內(nèi)卻很涼爽，墻面溫度計顯示此時室溫為25攝氏度。
“我們制冷靠的不是空調(diào)，而是淺層地熱能。”中國石化綠源地熱能開發(fā)有限公司總經(jīng)理高小榮介紹，在園區(qū)綠地和道路底下，約有280口120米左右的淺井。通過管道，地下的熱能被輸送出來，經(jīng)過熱泵機組作用，讓水和地下的巖土體進行冷熱交換。“冬季，我們把巖土體中的熱量‘取’出來供室內(nèi)采暖，此時地下的巖土體為‘熱源’。到了夏季，再把室內(nèi)熱量‘抽’出，釋放到巖土體中，并制出約11攝氏度的冷水，通過循環(huán)泵運送到風機，把冷風‘吹’出來，起到制冷降溫的作用。”高小榮說。
分布廣、儲量大、近零碳排放，地熱能優(yōu)勢多也要利用好
相較煤炭、石油、天然氣等人們耳熟能詳?shù)膫鹘y(tǒng)能源及風、光等可再生能源，地熱能屬于相對小眾的能源資源。不過，從利用情況看，地熱能很受歡迎。
數(shù)據(jù)顯示，截至2020年底，中國地熱直接利用規(guī)模已達40.6吉瓦，全球占比38%，連續(xù)多年居世界首位;中國地熱能供熱制冷面積累計達13.9億平方米，近5年年均增長率約23%。
地熱能為何受青睞?業(yè)內(nèi)人士表示，這與其分布廣泛、儲量大、穩(wěn)定可靠、碳減排效果明顯等因素有關(guān)。在中國，能源資源分布通常具有區(qū)域性，比如在西北地區(qū)，煤炭和風、光等能源資源較充沛，南方地區(qū)則水資源較為豐富。但地熱能分布相對廣泛，且使用過程中幾乎零碳排放。在“雙碳”目標引導(dǎo)下，清潔的地熱能自然備受關(guān)注。
要用好地熱能，確保安全是重中之重。伴隨地熱資源大規(guī)模開發(fā)利用，如果地熱流體補采失衡，容易造成熱儲層壓力下降、水化學污染和熱污染等問題。采訪中，多位業(yè)內(nèi)人士表示，要保障地熱能開采利用實現(xiàn)安全無污染，背后的回灌技術(shù)尤其關(guān)鍵。
在陜西省最大的地熱供能站——中國石化綠源公司迎賓路地熱站，記者看到一根根銀白色的管道緊密相連，組成一套回灌系統(tǒng)。在換熱站一角，幾臺地熱水過濾裝置排放有序，根據(jù)過濾精度，被區(qū)分為初級過濾器和精效過濾器。
“我們站內(nèi)利用地熱能供暖，已經(jīng)實現(xiàn)‘兩采兩灌’，也就是兩口生產(chǎn)井100%全回灌。”中國石化綠源陜西公司副總經(jīng)理張獻喻告訴本報記者，“我們?nèi)〉氖堑叵?800米左右的熱水，經(jīng)過板式換熱器‘取熱’，再通過回灌技術(shù)，把取完熱的水‘還’給地下。經(jīng)過一定周期后，再通過生產(chǎn)井把重新聚集了熱能的水‘抽’上來，實現(xiàn)地熱水資源的反復(fù)利用，也避免了地熱尾水直接排放造成環(huán)境污染。”
在地熱尾水回灌的過程中，由于水中含有化學沉淀物等雜物，通常容易造成回灌井堵塞，導(dǎo)致回灌效率不高、不能完全回灌等問題。那么，100%全回灌是如何實現(xiàn)的?
“一方面，要結(jié)合地下水源等，確定回灌井和生產(chǎn)井的布局。另一方面，在測定生產(chǎn)井和回灌井時要確認好二者間距，離得太遠，回灌速度慢，阻力過大;離得過近，回灌水過早到達井底，又會導(dǎo)致井底溫度過低。同時，還得選好用哪個砂層進行主回灌等。”張獻喻說，“我們的回灌系統(tǒng)包括初級過濾和精效過濾，前者過濾完水中的大顆粒雜質(zhì)，后者再進行精細處理，過濾出的水能達到純凈水的水質(zhì)標準，從而確保完全回灌。”
加大勘查，給予支持，地熱能發(fā)展仍需再“扶”一把
從資源優(yōu)勢看，相比傳統(tǒng)能源，地熱能更清潔，符合能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的總體要求，且不存在可再生能源“靠天吃飯”等問題，理應(yīng)大力開發(fā)利用好。
“地熱能可以根據(jù)不同溫度實現(xiàn)梯級利用。以中高溫地熱能較為豐富的云南大理彌渡縣為例，45攝氏度以下的地熱能可開發(fā)溫泉、洗浴等康養(yǎng)產(chǎn)業(yè);45到60攝氏度可作供暖使用;60到90攝氏度左右，供暖利用后的能量能用于溫室養(yǎng)殖等。而90攝氏度以上的地熱能則可用作清潔發(fā)電，溫度越高，發(fā)電效益越高，經(jīng)濟性越好。”西藏地熱產(chǎn)業(yè)協(xié)會會長王善民說。
不過，從實際情況看，盡管中國地熱資源豐富，地熱直接利用規(guī)模在全球居首位，但在發(fā)電領(lǐng)域，國內(nèi)地熱能發(fā)電裝機容量僅超過50兆瓦，在全球占比不足1%。與風、光等可再生能源裝機規(guī)模相比，50兆瓦這個數(shù)字“渺小”許多。
“一方面，我國的高溫水熱型資源主要分布在滇西、藏南等地區(qū)，不屬于電力主要消納地，豐富的地熱資源難以用于發(fā)電，造成資源損失。另一方面，國內(nèi)仍缺乏明確的地熱能上網(wǎng)電價扶持等政策，限制了地熱能發(fā)電的發(fā)展。”南京天加能源科技有限公司執(zhí)行總裁鄧壯說，“作為國內(nèi)較早涉足地熱能發(fā)電領(lǐng)域的企業(yè)，我們已經(jīng)擁有較為成熟的地熱能發(fā)電技術(shù)和相關(guān)裝備，在海外也布局了地熱能發(fā)電項目。但受限于上網(wǎng)電價等扶持政策不明，國內(nèi)地熱能商業(yè)發(fā)電處于停滯狀態(tài)，很多企業(yè)也仍在觀望。”
實際上，促進地熱能發(fā)展近年被頻頻寫入相關(guān)能源發(fā)展規(guī)劃。《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》提出，積極推進地熱能規(guī)模化開發(fā)。積極推進中深層地熱能供暖制冷，全面推進淺層地熱能開發(fā)，有序推動地熱能發(fā)電發(fā)展。國家能源局發(fā)布的《關(guān)于促進地熱能開發(fā)利用的若干意見》指出，到2025年，全國地熱能供暖(制冷)面積比2020年增加50%，在資源條件好的地區(qū)建設(shè)一批地熱能發(fā)電示范項目，全國地熱能發(fā)電裝機容量比2020年翻一番。
“推動地熱能產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，尤其是推動地熱能發(fā)電領(lǐng)域發(fā)展，既要加大對勘查、鉆井方面的支持，加強對地熱能資源分布及應(yīng)用的認識，也要做好相關(guān)技術(shù)攻關(guān)，在理論、關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面實現(xiàn)突破。同時，還需加強相關(guān)政策保障，比如明確地熱能發(fā)電上網(wǎng)電價補貼政策，加快探礦權(quán)、采礦權(quán)許可認證等，確保企業(yè)‘輕裝上陣’，帶動產(chǎn)業(yè)發(fā)展，為能源保供和綠色轉(zhuǎn)型貢獻地熱力量。”地熱能科學技術(shù)(大理)研究院院長張大偉說。
