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行業資訊

跳出溫泉池 “地熱+”產業如何“沸騰

       進入冬季,云南騰沖的天氣逐漸變涼。一場雨過后,最低氣溫已不足10攝氏度。


  但在當地熱海風景區內,一口直徑3米的“大鍋”正在晝夜不息地翻滾沸騰?!板仭敝惺菑臄登咨畹叵乱宦窙_出地表的溫泉水,溫度高達97攝氏度,還沒靠近就能聞到淡淡的硫磺味。這口鍋被形象地稱為“熱海大滾鍋”。


  這樣的地熱溫泉云南星羅棋布,每年吸引眾多游客慕名前來體驗。但在從事地熱能開發研究多年的專家們看來,如此優質的地熱資源,如果僅停留在溫泉開發,實在可惜。


  溫泉只是地熱能眾多利用方式之一。我國地熱資源豐富,地熱能直接利用規模連續多年位居世界第一,是無可爭議的地熱大國。


  20世紀70年代,我國開始對地熱能進行規?;?,一度掀起“地熱會戰”。但受當時技術條件限制,地熱產業沒能進一步發展壯大。


  近年來,隨著技術的不斷突破,以及“雙碳”目標的提出,人們再次將目光投向作為清潔能源之一的地熱能。


  但在沉寂數十年后,高價值利用占比低、商業模式不成熟、管理機制待完善等問題,正困擾著我國地熱產業。如何讓地熱產業“沸騰”,有待各方共同探索。


跳出溫泉池 “地熱+”產業如何“沸騰-地大熱能


  我國地熱能直接利用規模全球最大


  地熱能是地球內部以熱的形式蘊藏的能量,其主要來源是地球的熔融巖漿和內部放射性物質衰變。由于地球內部一直在不停地釋放熱量,因此,地熱能取之不盡用之不竭,是可循環利用的清潔能源,被列為五大非碳基能源之一。


  地熱資源種類繁多。按照不同的地質構造特征、熱流體傳輸方式、溫度范圍等,我國地熱資源大致可分為淺層地熱資源、水熱型地熱資源干熱巖資源等。分布區域最淺的僅位于地表下數米,最深的則達地下數千米。


  與化石能源儲量相對匱乏不同,我國可以算得上是地熱資源“富國”。2017年,原國土資源部中國地質調查局組織對我國地熱資源摸底調查結果顯示,我國開采利用規模最大的水熱型地熱資源儲量十分豐富,總量折合標準煤約12500億噸,其中每年可開采量折合標準煤達18.65億噸,是2022年全國能源消費總量的34%。對于開采難度較大、目前暫不具備大規模開采條件的干熱巖資源,其資源儲量更是高達856萬億噸標準煤,潛力巨大,被認為是未來的戰略資源。


  地熱能的開發利用大致可分為直接利用地熱發電兩種。對于淺層地熱資源,以及中低溫水熱型地熱資源,通常以直接利用為主,如地源熱泵、地熱供暖、溫泉康養等。對于高溫水熱型地熱資源,地熱發電則是價值更高的利用方式。


  無論是直接利用還是地熱發電,對于水熱型地熱資源,其利用技術的核心都是“取熱不耗水”,即從開采井中將蘊含熱量的地熱水抽取出來,利用換熱器吸收水中的熱量,隨后再將失去熱量的冷水通過回灌井重新注回取水層。經過一段時間,地下熱源會將冷水重新加熱,等待再次開采。整個過程中,地下熱源就像一臺鍋爐,通過不斷加熱地下水,實現地熱能的循環利用。這種地熱資源開采方式要求必須對抽取的地熱水進行100%回灌,以實現“采灌平衡”,保證地熱資源可持續利用。此外,還有部分地熱發電技術直接利用地熱蒸汽進行發電,對地下水的抽取量更低,近乎為零。


  根據世界地熱大會的統計數據顯示,截至2020年底,我國地熱直接利用裝機容量達40.6吉瓦,占全球38%,連續多年位居世界首位。其中,地熱熱泵裝機容量26.5吉瓦;地熱供暖裝機容量7.0吉瓦,相比2015年增長138%,是所有直接利用方式中增長最快的。到2021年底,我國地熱供暖(制冷)能力已達13.3億平方米。


  雄安新區正位于我國三大地熱帶之一的華北地熱帶內。區內地熱資源豐富,地熱供暖起步早、發展迅速,成為當地的主要供暖方式。在雄安冬季,看不到高聳的煙囪“吞云吐霧”,只有地下源源不斷的熱量溫暖千家萬戶。


  早在2009年,當時的河北雄縣便與中國石化合作開發當地地熱資源。到雄安新區設立前,雄縣縣內已擁有地熱井77口(包括回灌井29口),換熱站35座,建成供暖能力450萬平方米,城區95%以上的建筑實現地熱供暖,基本實現了城區地熱集中供暖全覆蓋。而在雄安新區設立后,截至2023年底,雄安三縣共建成以地熱為主的清潔供暖換熱站超百座,敷設供熱管網約550公里,供暖面積超700萬平方米。


  地熱發電裝機容量跌至世界第19位


      作為清潔能源之一,地熱能除了直接利用,在發電方面也同樣獨具優勢,被認為是更具價值的利用方式。 


      地熱發電最大的優勢是穩定。相比風力、水力、光伏等“看天吃飯”的清潔能源,地熱發電受天氣影響極小,穩定性甚至可以媲美火力發電。


  羊易地熱發電站是我國海拔最高、技術最先進的地熱電站,裝機容量16兆瓦。在全年8760小時中,羊易電站能夠穩定發電8732小時,每年只需數小時的停電檢修時間。相比之下,我國2022年風力發電年均利用時間為2259小時,光伏發電為1202小時,即使是利用時間相對較長的水力發電,也僅在3500小時左右。因此,地熱發電的年均利用時長是水電、風電、光伏的2—7倍,這意味著同等裝機容量的機組,地熱發電可以產生更多電量。


  穩定性不僅能夠提升電站運行的經濟效益,在清潔能源發電占比逐漸提升、電力系統所面臨的不穩定性挑戰逐漸增大時,地熱發電憑借超強的穩定性可有效應對新能源發電占比增加對電力系統帶來的波動風險,有望在多能互補新型能源體系建設中發揮重要作用。此外,地熱發電占地面積小、部署靈活、對生態環境影響較小等優勢也讓其備受青睞。


  雖然地熱發電優勢明顯,但一個令人尷尬的現實是,我國地熱發電的建設規模卻落后于世界上很多國家。截至2022年底,全球地熱發電裝機量約1.6萬兆瓦,我國地熱發電裝機量僅為50多兆瓦,占全球總裝機量的0.3%?!斑€在運行的可能只有20多兆瓦?!睆埓髠ケ硎?,從地熱發電的裝機容量看,我國已經由20世紀70年代末的全球第8,下降到了目前的第19位。


  我國曾是世界上第8個掌握地熱發電技術的國家。20世紀70年代,時任地質部部長李四光看好地熱能發展潛力,在全國掀起了一場“地熱會戰”。1970年,我國在廣東豐順建立了第一座試驗地熱發電站。隨后,江西宜春、河北懷來、湖南寧鄉等地都建起了地熱發電項目。其中,1977年投產的西藏羊八井高溫地熱發電項目是我國地熱發展史上濃墨重彩的一筆。羊八井井口噴出的地熱水,溫度最高可達172攝氏度。該地熱發電項目的發電量,曾占拉薩電網全年供電量的40%,冬季超過60%,為拉薩市發展提供了重要能源保障。


  但受限于當時的技術條件,我國能動用的地熱資源并不多,開采成本居高不下。最終,這場“地熱會戰”逐漸沉寂,沒能取得持續發展。


  從1977年羊八井電站投產,到2018年羊易電站建設,中間40余年間,我國再沒有大規模地熱發電站項目上馬。截至2020年,國內在運行的地熱電站只剩6座。


跳出溫泉池 “地熱+”產業如何“沸騰-地大熱能


  凸顯地熱發電規模效應需多管齊下


  沉寂40余年的地熱發電,如今在“雙碳”目標的召喚下,伴隨著開采技術的進步,正重新得到青睞。但停滯數十年造成的空白,也讓其在今天的發展面臨諸多阻礙。


  必須承認的一點是,最適宜發電的水熱型高溫地熱資源在我國地熱資源總量中占比并不大。根據2017年的調查結果,我國水熱型高溫地熱資源總量折合標準煤141億噸,每年可采量折合標準煤0.18億噸,發電潛力為846萬千瓦,僅占水熱型地熱資源可開采總量的不到1%。


  雖然占比不大,但面對846萬千瓦的開發潛力,目前僅數十兆瓦的裝機容量幾乎可以忽略不計。


  造成這一尷尬局面的主要原因仍然是地熱發電居高不下的建設成本。地熱發電項目建設成本主要集中在前期勘探鉆井環節。要開發利用地熱資源,首先要摸清其具體分布情況,也就是哪里有熱,溫度有多高。


  地熱發電依賴中高溫水熱型地熱資源,其往往分布在地下數千米。如何精準找到熱源并不是一件容易的事?!澳壳拔覈責豳Y源的家底還沒有完全摸清,最新的調查數據也是2017年的,并且精度不高,還無法有效指導地熱資源勘探?!睆埓髠ブ毖?,摸不清帶來的直接后果是“打不準”。地熱鉆井就像開盲盒,“有沒有地熱水、有多少度的地熱水,這些都有很大不確定性。一口井打幾千米,沒有符合要求的水,這是常有的事”。


  而一旦水溫無法達到發電要求,投入成本也將“打水漂”。加之目前我國探明的水熱型高溫地熱資源主要分布于西南地區,當地消納能力有限,長距離運輸會再次增加成本。這些因素都使得在目前電價水平下,地熱發電難以吸引市場更多投入,企業積極性不高。


  建設規模小,致使行業無法形成規模效應,進一步推升了地熱發電開發成本,陷入一種惡性循環。曾參與西藏羊八井和羊易電站建設的西藏地熱產業協會會長王善民告訴記者,國內的地熱發電裝機規模至少要達到200兆瓦,才能實現規?;?,與燃煤火電的標桿電價持平,實現平價上網。但目前建設規模距離這個目標相去甚遠,規?;t遲未能形成。


  除了前期建設成本居高不下,目前關于地熱資源利用尤其是地熱發電的相關法規政策也有待進一步明確。2020年新出臺的資源稅法將地熱列為能源礦產,要求按原礦1%—20%或每立方米1—30元的稅率標準征稅。這意味著像羊易地熱發電站這樣年地熱流體循環量547萬立方米的地熱資源,需要繳納至少547萬元的資源稅。


  有業內人士曾指出,“對地熱能征收資源稅并不是征稅多少的問題,而是合理與否的問題。資源稅法規定對煤炭、石油、天然氣征收資源稅,是因為化石能源是不可再生資源。而地熱能是可再生能源資源,且用于供暖和發電用途本質上只用熱未用水,并不符合從量計征的條件?!?a href="http://www.minglvdou.com/t/中國科學院院士.html" >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此前在接受媒體采訪時同樣指出,“實際上,地熱用于供暖時,在100%同層回灌的前提下,地熱水僅作為能量載體,回灌后并不存在水的消耗問題?,F行可再生能源法已經明確將地熱能納為可再生能源資源,對其征稅是不合理的?!?/p>


跳出溫泉池 “地熱+”產業如何“沸騰-地大熱能


  探索梯級利用新模式攤薄開發成本


  雖然仍面臨不少發展瓶頸,但地熱發電并非沒有機會。張大偉介紹,在地熱發電已經實現規?;l展的冰島,其成本已降低到約0.2元/度。從長遠角度看,地熱發電在經濟上是可行的。


  電價補貼被視為是擴大地熱發電開發規模,從而降低成本,打破發展惡性循環的有效手段?!暗責岚l電前期,需要采取風電光伏類似的電價補貼。等發展到規?;?,成本就有可能降下來?!蓖跎泼衽e例介紹,目前補貼后的羊八井電站含稅上網電價為0.9元/度,并且已經納入全國可再生能源電價附加分攤項目,經濟效益較好。但由于我國地熱電價補貼政策為一站一議,缺乏全國統一補貼政策,后續開發的地熱電站不一定能夠爭取到補貼機會。2018年開發的羊易電站沒能爭取到地熱電價補貼,目前上網電價為0.25元/度,虧損嚴重。業內專家預估,地熱發電要想實現盈利,上網補貼電價建議在0.65—0.85元/度?!耙坏┯泻侠淼碾妰r補貼,政府引導、企業積極參與,我相信中國地熱發電很快就能建立起來?!?a href="http://www.minglvdou.com/t/中國.html" >中國工程院院士何繼善認為。


  除了立竿見影的補貼手段,梯級利用也被認為是能夠攤薄地熱開發成本的有效手段。地熱梯級利用是指根據地熱能的不同溫度進行逐級利用。一般情況下,高溫地熱首先用于發電,發電后產生的中低溫熱能可用于供暖、溫泉洗浴、養殖等。一次開發,多次利用,將建設成本在延長的利用鏈中逐級消化。


  2021年,國家能源局等8部門聯合發布關于促進地熱能開發利用的若干意見。意見提出,鼓勵地方建設地熱能高質量發展示范區。鼓勵各地開展地熱能與旅游業、種養殖業及工業等產業的綜合利用、地熱能梯次開發利用以及地熱能開發運營與數字化、智能化發展相結合,總結各地區可復制、效果好的地熱能開發實踐經驗,及時推廣典型案例。


  在水熱型高溫地熱資源豐富的云南大理,當地政府正在采取一系列行動,推動地熱發電有序發展。大理州常務副州長李蘇表示,《大理州產業振興三年行動計劃2022—2024年)》明確將地熱能列為重點發展新能源產業之一,探索地熱能勘查開發綜合利用模式,建設大理國家級地熱能高質量發展示范區。


  大理州能源局局長彭建華介紹說,大理通過對彌渡、洱海兩個試點縣的地熱資源勘探,初步優選的區塊預計可以開發20—40兆瓦裝機的地熱發電項目。彌渡小河淌水片區作為第一個試點,以20兆瓦裝機發電為主開展梯級綜合利用,項目投資大約10億元,其中6億元用于發電項目,4億元用于綜合利用項目建設。


  地熱發電項目單體的經濟性很大程度上取決于國家電價扶持政策。如果國家出臺電價扶持政策,將有利于試點項目的順利推進。除了前期資源勘查配套經費外,大理州也將對地熱科研給予經費支持。下一步他們將研究出臺具體的稅費減免政策。