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地热要闻
地热能开发挑战仍存
2017-09-08 09:36:16 来源:中国科学报 作者: 【 】 浏览:18次 评论:0

2017年1月,我国发布的《地热能开发利用“十三五”规划》,给地热和地源热泵市场注入了一针强心剂。虽然机会已来,但地热产业仍存在很多需要解决的问题。

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“由于地热热水水位急剧下降,现在北京、天津都已经得到政府的明确指示,从现在到今年年底不再开展新的地热项目。”北京市地质矿产勘查开发局能源处处长李宁波在近日于东营举办的海利丰·2017第九届中国国际地源热泵行业高层论坛上表示。

“如果地热水的水位逐年持续下降,将来就是无能可采、无能可用。但是这种情况现在仍然存在,而且还在发生。”李宁波说。

2017年1月,我国发布的《地热能开发利用“十三五”规划》,给地热和地源热泵市场注入了一针强心剂。虽然机会已来,但地热产业仍存在很多需要解决的问题:为什么我们在拥有大量成功地源热泵项目案例的同时,不成功的案例同样并不鲜见?地热水如何全部回灌?新兴行业如何抱团取暖?这也是与会专家与企业普遍关注的问题。

尾水回灌是手段而非目的

位于北京的北苑家园,是北京最大的地热供暖社区项目,截至目前运行已超过10年,依然稳定。“为什么这个社区的地热项目可持续,就是把所有的水回灌了。”李宁波说,经过十多年的监测,该地区地下水的水位、水温、水量均没有变化,“这说明只要能够保证回灌,地热3.0模式是可持续的”。

如何提高浅层低热能开采效率,在资源可恢复的强度范围内开发利用?这直接影响着行业的推广应用。开采程度决定着资源的平衡问题,浅层地热的成因机理、传热机理、模型模拟的研究对于地源热泵系统的设计、运行非常重要。

“地下的热来源、热交换、热恢复是一个复杂的过程,地下看不见、摸不着,很多地方也还没有研究透。”李宁波坦言。

要做到地热项目可持续,地热尾水要100%回灌。中国能源研究会地热专业委员会专家委员会主任、中国地源热泵产业联盟专家委员会主任郑克棪对此并不完全同意。

“各个地方的地质条件不一样,砂岩回灌就是国际难题,有的地方有时候确实做不到100%回灌。”但郑克棪认为这并没有关系,“回灌是措施、手段,并不是目的。”

郑克棪表示,要将技术条件、经济条件综合考虑,如果需要多次过滤、加压回灌,那么所用的设备、电力,这些成本开销比抽出来热水用的热量花费还高,回灌要花更多的钱,显然从经济条件考虑是不合适的。

究竟可以留多少热水不回灌,就能保证地下水位平衡又能利用地热水的价值?郑克棪表示,这还需要更多的模拟。

“细节决定成败”

除了对资源本身的理论研究,单从地源热泵这方面考虑,也有诸多问题待解。

天津市建筑设计院暖通设计总工程师伍小亭认为,所谓“不成功”的地源热泵项目主要体现在三个方面:一次能源效率接近甚至低于常规系统,没能实现利用可再生能源,降低化石能源消耗的初衷;尽管一次能源效率高于常规系统,但增量成本过高,节能回报年限过长,甚至超过法定的财务测算年限,造成项目不具有财务生存力;系统性能稳定性不佳,表现为系统投入使用几年后,其能力衰减明显,甚至影响正常使用,需再次投资改造。

同时,伍小亭也提出了对以上问题的解决方案:“细节决定成败”,通过精细化设计,做到“确实节能、收益可期、稳定高效”。

伍小亭认为,“精细化”主要体现在以下方面:

设计模式由处方式转变为性能化(变措施导向为目标导向);设计方法由“对标”转变为优化分析下的“基本合标”(模拟分析贯穿始终);重视对末端需求的研究,比如负荷、二次能源品位、运行规律、保障率等;对“源”的勘察与分析,如能力(强度、分布、长期热储)、品位(设计取值的确定、运行周期内的变化规律);基于多方案比选的技术路线制定,采用单一热泵系统还是复合型热泵系统?需要蓄能还是非蓄能?这些都可在好好比较后选出最优方案。

此外,还要开展作以系统能效为目标的设计参数研究,如综合源侧、输配、用户侧末端等;基于增量投资回收年限系统配置,如优化调峰、蓄能的容量与参数;在设计阶段即考虑运行调节策略,使其作为设计的导入条件,避免系统实施后不具备正确运行调节的硬件环境。

资源是硬道理

“我们现在开采的多是常规地热能,温度高于25℃,以地热流体(水+蒸汽)的形式出现,埋藏深度一般在3000米以内。”中国科学院地质与地球物理研究所地热资源研究中心主任庞忠和说。

由于很多地热项目已经超过3000米,庞忠和建议,或许可以将“中深层”的深度定义从3000米调整到4000米,“4000以下干脆叫超深层,这个地热能可以跟干热岩的概念差不多”。

资源是硬道理。然而,要高品位资源就要有深度,深度大面对的各种技术挑战就更大。

中国科学院院士汪集旸在《有关中深层地热资源开发利用的若干问题》的报告中提出,若一个地区对开发利用地热资源的要求很大,但又找不出能满足能源需求的合适热储,那就必须考虑对天然热储进行人工改造,以满足该地区的能源需求。但深钻与水力压裂技术也是解决这一问题面临的两大技术难点,同时成本极高、资金回收期长、投入产出比低等问题也需要提前考虑。目前比较成功的改造案例都是在现有水热系统的深部或者外围去做的改造。

庞忠和指出,地热利用项目能不能做,需要靠资源说话,做得好与坏,由管理和技术决定。地热系统的品质分析可以采用五要素法:热源,维持地热系统的热量补给源;水源,维持流体循环的水源;通道,地热流体循环的高渗透性构造;储层,地热流体储集层;盖层,减缓地热系统热量散失的隔热层。

干热岩开发技术仍然属于世界性的难题,国际上通用的干热岩开发技术是增强型地热系统。中国工程院院士曹耀峰指出,该系统关键技术有选区选址、系统描述和设计、高效成井、人工热储、系统运行等。“现在我们并没有多少成功的经验,要开发利用干热岩,挑战仍然很大。”

尽管困难重重,曹耀峰仍然对干热岩利用充满信心,“2016年8月份,国务院印发了《“十三五”国家科技创新规划》,比较系统地在深海、深蓝、深空、深地等能够拓展国家战略利益、保证国家战略优势的领域做出了部署,这对干热岩的勘探开发有极大推动作用。”

“将来不管是国土资源部还是科技部,不论以国家重点实验室、重大研发项目还是重大工程的形式,一些资金和扶持政策一定会陆续出台,我们也要做好方方面面的准备。”曹耀峰说。


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