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津冀地区地热两能之清洁取暖
作者:管理员    发布于:2019-11-28 16:23:53    文字:【】【】【

  主管Q:25026北极星火力发电网讯:在我国,采暖、空调、通风等能耗占建筑总能耗的2/3以上,传统习惯上有长达4~5个月之久供暖期的北方地区,其住宅能耗对PM2.5的贡献可达到1/5。地热能是一种可再生的清洁能源,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,尤其在建筑住宅的清洁取暖利用中是一种现实并具有竞争力的新能源。其中,中深层水热型地热和浅层地温能(简称“地热两能”)是典型高效的可再生能源。本文主要介绍津冀地区地热两能在建筑清洁取暖中的开发利用概况。

  (来源:微信公众号“能源研究俱乐部” ID:nyqbyj 作者:天津地热勘查开发设计院曾梅香)

  天津市地下蕴藏有丰富的水热型地热资源,这在全国乃至世界大城市中都是少见的,也是大自然赐予津门人民的宝贵财富。从清朝康熙年间的《畿辅通志》中所描绘的“蓟县温泉,笄头山所出,浴之能治百病”可以看出,早期利用温泉是就地取材,“浴之”后的医用价值为人们所乐道,也说明天津市最早的温泉利用历史至少可追溯至清康熙时期。20世纪30年代在天津市老西开一带(今和平区宝鸡道2号),法租界当局为解决租界居民饮用水水质欠佳的问题,由上海“Eardly”公司负责施工,北疆博物院的黎桑博士和德日进两位科学家负责地质方面的指导,开凿了一眼861米的深井,流体温度34℃,自流量达到27.3立方米/小时,这是天津市第一眼地热井,也是中国北方最早利用现代成井工艺开凿的地热钻井。经过近90多年的发展,天津对盆地型地热资源的开发利用从浅到深、从无序到有序、从粗放到集约,逐步由早期分散式、简单利用向20世纪80年代之后以地热供暖为代表的大规模利用和21世纪以来以集中供热、温泉旅游开发为代表的节约集约化利用方向发展,目前已规模化、产业化,形成了以地热供暖为主体,集温泉理疗、旅游度假、生活洗浴、种植养殖等多领域利用格局和特色产业体系,产生了良好的经济、社会和环境效益,成为全国闻名的地热温泉之都。

  截至2018年底,天津全市共有地热井721眼,其中包括开采井486眼,回灌井235眼,主要分布在人口集中的中心城区、滨海新区、东丽区、津南区和武清区。地热资源年度开采总量达5076.92万立方米,同比年增加98万立方米;回灌总量为2881.05万立方米,同比年增加278.97万立方米;资源净消耗量为2195.87万立方米,同比年减少180.97万立方米;整体回灌率约为57%,同比年增加4.49%。

  天津市水热型地热资源开发利用的特点是:(1)立体化开发。从上到下垂向分布的6个热储层纵向叠加开采,形成立体化开发格局;(2)重视资源保护。所有热储均开凿有回灌井,消耗性开采逐年减少,新开发项目均建有回灌井,回灌量总体呈逐年递增的趋势;(3)利用方式多样。涉及建筑供暖、生活用水和农工业利用及温泉理疗等特殊用途。

  天津市水热型地热资源的利用已形成以建筑供暖为主体的稳定经济产业。2018年度,全市用于供暖的地热开采井263眼,所利用的地热流体量为4559.25万立方米。共计132个供暖单位采用地热资源作为热源,涉及供暖小区及公建501个(其中小区400个、公建101个),地热资源供暖面积达到3685.86万平方米,占全市集中供暖总面积的8%,是我国利用地热资源供暖规模最大的城市。以天津市目前25元/平方米年的供暖收费标准计,仅供暖一项每年就可创造9.21亿元以上经济产值。地热能开发的社会效益显著,一个地热开发项目可解决10~200人劳动就业,增加了职工收入,同时可带动房地产及其他相关产业的开发,促进基础建设及配套设施的发展。不但可节约常规能源,在一定程度上缓解其紧张状况,提高人民的生活水平和质量,改善投资环境,促进地区经济的可持续发展,而且地热资源具有绿色环保、污染小的特点,其开发利用可以有效减少常规燃料的需求和灰、渣、二氧化硫及氮氧化物排放量,节约了城市污染的治理费用,并相应减少城市运输量,有效保护了生态环境,有十分明显的环境效益。据初步测算,天津市年度开发利用的水热型地热资源相当于天然气4.56亿标立方米,创造的直接经济效益超过21.61亿元(含资源价值和供暖收费),节能减排效益非常明显(见下表)。

  注:燃煤价格按500元/吨计,减排量包括二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、悬浮质粉尘和煤灰渣,治理费不包括煤灰渣运输费

  除水热型地热资源外,天津市浅层地温能也非常丰富。平原区第四系埋深大于200米,地层岩性以粉细砂、粘土为主,开发利用深度内温度在16℃~18℃之间,非常适合建设土壤源热泵系统进行浅层地温能开发利用。东北部的宝坻宁河和南部的静海一带深度在400米以浅的第Ⅱ~Ⅳ组含水层为地下水源热泵适宜区。截至2018年底,天津市热泵系统工程共329个,利用面积为1088.21万平方米。其中:土壤源热泵系统工程为254个,占总数量的77.20%,利用面积792.21万平方米,占总利用面积的72.80%,主要分布在滨海新区、东丽区、中心城区;地下水源热泵系统工程为75个,占总数量的22.80%,利用面积296万平方米,占总利用面积的27.20%,主要集中分布在中心城区。

  天津市浅层地温能开发利用主要以冬季供暖和夏季制冷为主,末端以风机盘管为主,部分采用地板采暖。主要应用领域包括企事业单位、学校、医院、商场、展馆、宾馆、酒店、住宅小区等。

  地处京、津、冀腹地的雄安新区,区位优势明显,资源环境承载能力强。这片规划范围涉及河北省雄县、容城、安新3县及周边部分地区的新区,堪称我国中东部水热型地热资源最丰富、开发利用条件最好的区域之一,具有埋藏浅、温度高、水质好、易回灌等特点,具有较好地开发利用基础。全区也是浅层地温能适宜区和较适宜区,自南西向北东,地下水源热泵适宜性逐渐变好,雄安新区的核心区均为适宜区和较适宜区;土壤源热泵仅在北部部分区域出现较适宜区,核心区大部分为适宜区。

  根据已有研究成果:雄安新区全境蕴藏着丰富的水热型地热资源,主要分属于牛驼镇地热田南部、容城地热田大部、高阳地热田北部,地热流体总储存量377亿立方米,其中容城地热田30亿立方米、牛驼镇地热田125亿立方米、高阳地热田222亿立方米。在采灌均衡条件下,地热流体可采量为4亿立方米/年,其中容城地热田1亿立方米/年、牛驼镇地热田1.4亿立方米/年、高阳地热田1.6亿立方米/年。全区地热资源可开采热量为10104万吉焦/年,折合标准煤346万吨。浅层地温能土壤源热泵换热总功率夏季为983万千瓦,冬季为552万千瓦,总换热能力折合标准煤400万吨/年。

  雄安新区现有地热井343眼,其中回灌井76眼。按所属行政区,雄县207眼、容城县68眼、安新县68眼。目前全区水热型地热资源年开采量2840万立方米,主要用于供暖和洗浴,供暖面积763万平方米、洗浴24处。供暖地热尾水回灌量2072万立方米。

  雄安新区浅层地温能开发利用程度低,累计供暖制冷面积5.68万平方米,主要为地下水源热泵系统,水源井深100~150米;土壤源热泵系统埋管深度大部分是100米左右。

  值得一提的是,从2009年开始,位于雄安新区核心区的雄县大规模使用地热能集中供暖,如今地热能供暖已覆盖县城95%以上的建筑,堪称一座“无烟城”。雄县城区采用“一采一灌”或“三采二灌”模式基本实现了基岩热储100%回灌,创建了闻名全国的“雄县模式”。

  在调整能源结构、支撑雄安新区生态环境建设、补充完善冬季清洁供暖方式、改善空气质量等方面,地热两能利用发挥了积极作用,但也存在一些亟需解决的问题。与丰富的储藏量相比,雄安新区地热两能可以说开发程度较低,仍有较大利用空间。一是资源勘查评价程度不均衡。仅牛驼镇地热田部分区域达到了预可行性勘查程度,其余地区多处于调查阶段,部分区域尚为空白区,深部资源探测与资源潜力评价亟待开展。二是全区地热资源开发利用水平不平衡。开采布局不合理,成井工艺落后,综合利用水平不高,存在资源浪费和环境破坏等问题;浅层地温能开发利用规模较小,资源尚未得到有效利用。三是地热资源管理体系不完善。已有矿权与现状功能区布局不匹配,与规模化开发利用不协调。监测系统未建立,不能及时掌握地热资源动态,难以对地热资源开发与保护进行实时有效管理。

  地热能作为清洁环保型可再生资源,其合理开发利用将在加快调整能源结构、强化雾霾治理、积极应对气候变化挑战的大格局中起到重要作用。但如何用好、用足这一宝贵资源,仍有大量事情可做。

  已有近90年开采历史的天津地热两能利用规模化和规范化发展较好,尤其近年来天津市持续重视资源保护,通过资源整合、补建回灌井、建设示范工程促进资源集约节约化利用等多种措施,有效提高了资源的保护程度。积极降低地热流体净消耗量,仅2018年一年内就有37个地热井生活用水这种纯消耗型项目被关停。调查无证地热井与矿业权精细化管理工作正在强势推进。不过也存在一些市场需求和资源储量之间的矛盾,以及一些开发利用带来的问题。目前天津水热型地热资源基本上都是回灌式开采,但是整体回灌率仍有待提高;对全市资源量评估后发现,超过5000多万立方米的年开采总量已使完成勘查评价并经储委认定的地热流体可采储量(7606万立方米/年)变得岌岌可危;而且孔隙型回灌、深孔换热技术以及动态监测等关键技术水平有待进一步提高。

  天津市地热管理部门和技术专业人士面临和急需解决的问题是:一要探索地热勘查评价新模式,摸清能源真正的家底;二要加强资源保护,坚持“取热不取水”;三要对关键性的技术、方法进行创新研究;四要提高证后监管水平,杜绝无证开采等不良现象;五要明确浅层地温能工程建设管理主体,建立长效的监管机制。

  雄安新区更应该是地热工作者们的主战场。面对未来雄安新区建设发展及大气污染防治、改善空气质量、节能减排的迫切形势,雄安新区对清洁能源需求巨大。预测到2022年,容东片区、启动区和雄安站高铁枢纽片区基本建成,建筑供热制冷用能1266万吉焦;到2035年,起步区、外围5组团、特色小镇和美丽乡村基本建成,预测建筑供热制冷用能6511万吉焦。地热作为本土绿色可再生能源,将是建设绿色智慧新城与打造优美生态环境的重要资源,也为地热事业的发展提供了历史性的重大机遇。“雄县模式”可否复制为“雄安样板”,如何科学利用地热能,构建雄安新区清洁取暖系统?《河北雄安新区规划纲要》中明确指出要“科学利用地热资源,统筹天然气、电力、地热、生物质等能源供给方式,形成多能互补的清洁供热系统”。因地制宜,结合资源条件,在雄安主城区的供热以中深层地热为主,浅层地热、再生水余热、垃圾发电余热为辅,在中心建筑密度高的商业区域考虑燃气等清洁能源为补充的“地热+”多能互补方案,雄安新区供热制冷需求的“安全、绿色、高效”能源发展战略可期,也将为雄安新区“绿色智慧新城”建设提供有力支撑。

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