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汪集暘院士:地熱能的“前世、今生及未來”

  作者:汪集暘,中國科學院院士、中國地源熱泵產業聯盟名譽理事長汪集暘院士。

  汪院士:其研究領域為地下水,并由地下涼水(水資源)轉為地下熱水(地熱資源),指出二者并無本質區別,都來自于大氣降水,只是降水循環深淺不同,我們應將地球水圈視為整體,不應把地表水與地下水完全隔離開來。

01 地熱的概念


  首先,汪院士提出了地熱既是地球的本土能源,又是地球的未來能源。能源是人類賴以生存不可或缺的生活資料,人類的能源利用經歷了從薪碳、木材到煤炭、石油、天然氣的過程。核能和可再生能源將逐漸成為主要能源是能源界目前較為一致的看法。在可再生能源中,太陽能、風能、生物質能、海洋能都來自于太陽,只有地熱是蘊藏于地球內部的熱量。據研究顯示,地球還有46億年的生命,正處于其壯年期,仍在發生發展中。

02 開發地熱的原因




  進而介紹了地熱能具有資源量大、穩定、能源利用效率高等優點。相較于太陽能、風能等發電方式,地熱發電在成本上具有競爭力,二氧化碳減排優勢明顯。地熱在未來能源結構中貢獻非常突出。根據曹耀峰院士統計,按照《國家能源十三五規劃》,我國非化石能源占比將從2015年的12%,提高到2020年的15%。屆時,在可再生能源3個百分點的增幅中,地熱發電與非電直接利用可以占到1/3,與太陽能、風能等非化石能源并列,“三分天下有其一”。

03 地熱開發利用現狀

  緊接著,其講述了地熱資源類型與開發利用現狀。水熱型地熱資源類型依據水溫劃分為低溫(<90℃)、中低溫(90℃-150℃)和高溫(>150℃)地熱資源。一般而言,高溫水熱型鼓勵用于發電,中低溫水熱型建議非電直接利用。從全球來看,高溫水熱型地熱資源主要分布于意大利、墨西哥、印尼、冰島、菲律賓、日本、美國,主導了全球高溫地熱發電增長。我國以中低溫水熱型地熱資源為主,高溫水熱型主要分布于滇藏、環太平洋帶等區域。


  根據國際地熱協會(IGA)2015年最新統計數據顯示,全球地熱發電總量為12.6GW,盡管與太陽能、風能發電量相比不算很大,但對于具有高溫地熱資源的國家而言卻十分重要。


  我們國家對于地熱開發利用非常重視,20多年來地熱直接利用量一直占據世界第一。地熱能的利用能夠為冬季取暖、夏季制冷提供清潔能源,有助于節能減排和霧霾治理。我國霧霾成分與成因都非常復雜。本質上講,燃煤是罪魁禍首,應大力開發地熱取代燃煤,通過源頭控制以減少污染物排放。



  京津冀地區是霧霾治理重點區域,作為國家級新區,雄安新區的能源建設備受重視,確定了雄縣地區以地熱為主的集中供熱以代替燃煤的雄縣模式。一方面,該地區地熱資源得天獨厚,異常豐富;另一方面,該地區也基本是霧霾最嚴重的地區。雄縣模式的建立,推動了該地區大型巖溶熱儲的規模化可持續利用。許多國外學者參觀到訪后,在國際會議上表示中低溫的地熱利用要到中國雄縣去看。




04 地熱開發利用方向

  隨后,根據我國地質條件與開發利用情況,其提出了地熱能開發利用應遵循的幾項原則。總體而言,是梯級開發、綜合利用,從高溫到低溫,吃干榨凈。

  第一,“熱”、“電”并舉,以“熱”為主。我國以中低溫地熱資源為主的條件、霧霾治理的需求與東部供暖的大量剛需,決定了其主要利用方式為直接利用。 第二,“深”、“淺”結合,由“淺”及“深”。淺層地熱能通常位于地表以下200m深度范圍內;中低溫水熱系統深度大概在200m~3km,既有水又有熱;高溫地熱能大概分布在3km以上,有熱無水,稱為干熱巖,這部分地熱資源量大但很難取。我國3km內水熱系統尚有很大利用空間,應該結合我國地質、地熱等資源條件與實際需求等實際情況進行合理利用。

  第三,“東”、“西”兼顧,“西”電“東”熱。高溫地熱資源主要分布在西部,東部以中低溫為主,不宜用于發電。第四,“干”、“濕”有度,先“濕”后“干”。先將濕的水熱型地熱系統用完后,再開辟其他類型。

  國家發改委、能源局及國土資源部于2017年2月聯合發布了《地熱能開發利用“十三五”規劃》,以推動地熱能規模化開發利用。提出京津冀北方城鎮推廣中深層地熱集中供暖,長江中下游地區推廣地源熱泵供暖制冷應用,以及推進西藏高溫地熱發電項目建設和中低溫地熱發電試驗。



  此外,我國東部包括大慶油田在內的一批油田,雖已進入開發后期,但其中隱藏著大量的地熱資源,開發潛力巨大,油田可變熱田。

05 展 望

  報告最后,汪院士展望了未來新能源和可再生能源的發展方向。強調了地熱是非常寶貴的地球本土能源與極有希望的未來能源,一定要大力開發、科學開發。提出并倡導發展“地熱+”的概念,即應將地熱能的開發利用與太陽能、風能、生物質能、海洋能結合,做到“天”(太陽能)“地”(地熱能)合一、“動”(風能)“靜”(地熱能)結合,綜合開發利用、多重互補。

  當前地熱開發利用已進入了新階段。瑞士學者于目前所做研究中,提出了“地球電池”的構想,試圖將地下熱水儲層變成能夠儲存能量的儲熱層,并依據我國棄風棄電數據制圖,指出了這部分能量可以儲存于地下熱儲層或含水層以備用。由此可見,地熱能作為未來能源的前景不可估量。

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