地热能在区域能源领域中的应用和发展

　　摘 要：当前，地热能的开发已步入了规模化、区域化发展的新时代，技术和管理水平日臻成熟。新形势下，行业从业者应对地热能的区域化发展有充分的认识。带着大规模应用地热能是否可行、怎样可行、如何能融入区域能源体系等问题，本文将从地热能开发角度出发，从3个方面提出地热能如何在区域能源发挥作用：一、解读区域能源相关概念;二、地热能在区域能源中的应用及环保作用;三、地热能应用的普遍性原则。从产业链及资源方面，阐述如何提高效率、优化利用地热能资源。分享相关成果，共学共勉。

　　关键词：区域能源;地热能;普遍性原则;优化利用

　　0 前言

　　當前，中央对推进生态文明建设、推动绿色发展十分重视。各级、各地方也有较大比重的考核指标，其中一项重要工作就是能源结构调整。如何调整?主要还是从两个方面来讲：一是能源消费端，减少能源的使用，如绿色建筑以超低能耗、近零碳排放实现指标控制。二是能源供给端，也就是提供怎样的能源。十九大报告为我们指明了方向：“构建清洁低碳、安全高效的能源体系。”

　　作为可再生能源利用的典范——地热能的开发利用已受到广泛的关注和认可。而今，我国很多地方已开发利用地热能为建筑供暖和制冷，解决了很大比例的建筑用能需求，促进了区域一次能源消耗量减少、污染物指标下降、能源供给质量和水平提升，契合了中央的指示精神。因此，为确保打赢蓝天保卫战，近一段时期，中共中央、国务院在多次重要会议上强调清洁取暖要以“宜电则电、宜气则气、宜煤则煤、宜热则热”为原则，因地制宜地把城市区域的发展和能源结构的调整优化结合起来考虑和部署。地热能又迎来了一次重大发展机遇。

　　我国地热资源特点是以浅层地热能和中低温地热为主、高温为辅，适宜为建筑供暖和制冷，少数地区的优质地热资源可以用来发电。截至2017年底，我国利用地热供暖建筑总面积超过7亿m2。且随着城镇化建设步伐加快，地热开发利用规模在不断扩大，百万平米级建筑群的地热应用项目层出不穷。一方面说明我国地热开发利用技术发展迅猛;另一方面，与过去相比，地热区域化发展已成趋势，呈现出更多新的特点，这也给我们带来了新的挑战。未来，如何使地热能更好地服务并融入区域能源发展，使之成为一条人口、资源、环境相协调的可持续发展道路，作为行业从业者的使命，还应在扎实做好基础工作的前提下，充分发挥创新能动作用，促进地热产业发展壮大。

　　1 对“区域能源”的认识

　　1.1 “区域能源”的出现

　　19世纪末，随着人类进入工业革命时期，能源的使用和消耗呈现猛增态势。化石燃料和电力的产能已不能满足规模急剧扩张的工业生产和居民生活需求。為促进能源效率和环境质量的提高，欧美一些国家将用能的“小而分散”转变为“大而集中”，通过区域供冷、供热与热电联产等先进技术，实现高效满足区域内所有用能需求，即“区域能源”。

　　区域能源最早就是从区域供暖项目诞生的。100多年来，“区域能源”的内涵在不断进化。现今定义为：一切用于生产和生活的能源，在一个特指的区域内得到科学的、合理的、综合的、集成的应用，完成能源生产、供应、输配、使用和排放过程，称之为“区域能源”。“区域”：可以是一个城市、一个工业区或大型居住区，也可以是一个小区或建筑群，涵盖从热电联产，到集中供暖、区域供冷、供电等各种技术措施。“能源”：燃煤、油、气，可再生能源(包括地热能)，生物质能等;可以是一种，也可以是多种能源互补应用(许文发，2016;伍小亭等，2019)。

　　区域能源的出现，在很大程度上减少了二氧化碳的排放，并且节省开销、经济实惠。因此，一直以来反响良好(供热制冷，2010)。

　　1.2 地热能服务区域能源

　　20世纪70年代，世界石油危机出现，新能源在区域能源中的发展迎来了转机，地热能的开发利用得到了全世界的重视。在时任地质部部长李四光教授的带领下，我国也掀起了地热开发的第一次高潮(北京市国土资源局，2008)。中国成为世界第8个地热发电国家。北京成为世界6个具有地热田的首都之一。同时，全国许多地方也开展了地热供暖、水产养殖、温室种植、温泉洗浴(医疗)、工业利用和农产烘干等地热直接利用(郑克，2019)。

　　地热能作为可再生能源融入区域能源应用，为区域能源的发展开辟了一条崭新的道路。在已探明的地热田地区，结合区域规划建设及用能需求，优先利用地热资源，可以解决或部分解决区域供电、供暖(冷)等问题。其优势在于：1)环保性强，地热资源可再生，其应用减少了化石燃料的使用，降低了污染物排放，同时，缓解了地区能源供给紧张;2)经济性和保障性高，地热能来源稳定，能源品质较高，无论是单一供给还是成为其它能源形式的补充，都能有效提升区域能源供给的经济和稳定性。因此，在当前我国城镇化以及低碳城市建设步伐加快形势下，地热能已成为发挥区域能源节能、经济作用的重要支撑。

　　如今，地热产业在我国已发展壮大，尤其是地热直接利用量已跃居世界首位。并且，地热经济规模还在持续增长。但就全国层面来讲，我国地热能的开发利用方式较发达国家相比，还显得比较粗放。滥采滥排、无序开发现象时有发生，有些地方造成负面大于正面的环境影响，有违“初心”。纵然有多方面因素共同使然，但在一定程度上阻碍了产业健康发展。为此，我国多地已出现十分严格的地热开采管理法规。新形势下，地热开发更应精细化运作，从技术、经济和管理等方面创新思路，提出解决问题的办法。

　　地热能供应和应用的科学合理会带来更好的经济和环境效益。笔者曾于2004年就提出“地热水厂”的概念：在地热资源较优质地区，在地区政府主导下，由一至两家单位对区内地热资源进行统一勘查、规划、开发、供给、管理等，实现地热资源的统筹利用。“地热水厂”可以较少的地热资源消耗发挥较大的优势：一、对于地热资源富集区域，如北京小汤山地区地热资源条件很好，可解决旅游度假、休闲养生和农业种养殖。二、解决区域一定范围内集中供热问题，这是一个集约节约利用地热资源的方案。这种理念已在江西宜春、山东临沂、河北雄县等地实施。

　　以北京某地热田为例，2017年，该地区地热水开采共计309万m3，其中用于供暖183万m3，温泉洗浴126万m3。总地热井数118眼。区域内供暖单位10家，供暖总面积仅为25万m2。

　　根据上述情况分析，若采用“地热水厂”热水统一供给模式，按照单井出水量及温度测算，在满足该地区供暖、洗浴需求前提下，地热开采井需要数量小于10眼。按1∶1.5配置回灌井的情况下，总计最多25眼井可满足该区域全部地热使用。单从经济性上看，集约节约利用主要体现在：(1)统一勘查，区域布局更加合理，减少勘探成本;(2)统一开发，减少地热井钻探及建造成本;(3)统一建设，优化设计及系统，减少管网和设备建设成本;(4)统一利用，充分利用地热资源，如梯级利用等，单位水量供能量增加，减少输送成本;(5)统一管理，减少人员及维护成本。有效地减少经济和自然资源浪费。

　　因此，针对地热能融入区域能源的利用形式，为更好地优化利用资源，我们提出：在一定区域内，在目前工艺条件下，通过合理的开发技术和手段，能够获取的经济实用的、能够满足或部分满足区域内有效使用的地热能，或者可以有机地融入区域能源综合利用系统的地热能，称为“区域地热能”。

　　需要强调的是，区域地热能不等同于大规模开发利用地热资源，更讲究资源利用的科学性、合理性。是从能源供给端到使用端，实现高度的环节统一与智慧管理，在一定范围内形成资源节约、经济性好、持续和保障性高的能源供给链，满足区内不同的用能需求。

　　2 地热能在区域能源中的应用及环保作用

　　2.1 在国际上的应用

　　冰岛是世界上少数几个拥有十分丰富地热资源的国家之一。20世纪70年代以来，大力发展了本国地热能的开发与利用。至2018年，全国90%的采暖是由地热能供应的，90%的游泳池由地热能加热，地热发电装机容量755兆瓦。其中，首都雷克雅未克全部利用地热采暖，该地区50多个地热井，主要由该市能源公司运营，也是世界上最大最成熟的地热供暖系统。另外，冰岛还利用地热资源养鱼、除雪、温室种植、工业生产等，已形成了资源开发与环境保护相协调的发展模式。

　　另一个地热能利用示范案例的国家则是土耳其。截至2019年，全国11.6万所住宅供暖，450万m2温室，4.64万所酒店、康养设施，以及部分工业烘干、制冷等采用地热能供给，地热直接利用总量达3500兆瓦，成为地热非电利用世界前四的国家。但其最受瞩目的还是近些年在地热发电领域的突飞猛进。土耳其地热发电装机容量经十几年的发展，已从2005年的20兆瓦、世界第16位，飞跃至2019年的1595兆瓦、世界第4位，增长近80倍，成功进入世界地热发电强国行列。不但环境清洁了，而且还使企业、居民用上了价格低廉的能源。其主要原因之一就是政府立法，凡投资地热发电的均给予政策优惠。如基本激励电价为10.5美分/千瓦时，额外激励为2美分/千瓦时。极大地推动了社会资本参与地热基础设施建设。未来，该国还将继续在干热岩领域发展突破。

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