文/貢曉麗
“由于地熱熱水水位急劇下降,現(xiàn)在北京、天津都已經(jīng)得到政府的明確指示,從現(xiàn)在到今年年底不再開展新的地熱項目?!北本┦械刭|(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局能源處處長李寧波在2017第九屆中國國際地源熱泵行業(yè)高層論壇上表示。
“如果地熱水的水位逐年持續(xù)下降,將來就是無能可采、無能可用。但是這種情況現(xiàn)在仍然存在,而且還在發(fā)生?!崩顚幉ㄕf。
2017年1月,我國發(fā)布的《地熱能開發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》,給地熱和地源熱泵市場注入了一針強心劑。雖然機會已來,但地熱產(chǎn)業(yè)仍存在很多需要解決的問題:為什么我們在擁有大量成功地源熱泵項目案例的同時,不成功的案例同樣并不鮮見?地熱水如何全部回灌?新興行業(yè)如何抱團取暖?這也是與會專家與企業(yè)普遍關(guān)注的問題。
位于北京的北苑家園,是北京最大的地熱供暖社區(qū)項目,截至目前運行已超過10年,依然穩(wěn)定?!盀槭裁催@個社區(qū)的地熱項目可持續(xù),就是把所有的水回灌了?!崩顚幉ㄕf,經(jīng)過十多年的監(jiān)測,該地區(qū)地下水的水位、水溫、水量均沒有變化,“這說明只要能夠保證回灌,地熱3.0模式是可持續(xù)的”。
如何提高淺層低熱能開采效率,在資源可恢復(fù)的強度范圍內(nèi)開發(fā)利用?這直接影響著行業(yè)的推廣應(yīng)用。開采程度決定著資源的平衡問題,淺層地熱的成因機理、傳熱機理、模型模擬的研究對于地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計、運行非常重要。
“地下的熱來源、熱交換、熱恢復(fù)是一個復(fù)雜的過程,地下看不見、摸不著,很多地方也還沒有研究透?!崩顚幉ㄌ寡浴?/p>
要做到地熱項目可持續(xù),地熱尾水要100%回灌。中國能源研究會地熱專業(yè)委員會專家委員會主任、中國地源熱泵產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟專家委員會主任鄭克棪對此并不完全同意。
“各個地方的地質(zhì)條件不一樣,砂巖回灌就是國際難題,有的地方有時候確實做不到100%回灌?!钡嵖藯φJ為這并沒有關(guān)系,“回灌是措施、手段,并不是目的。”
鄭克棪表示,要將技術(shù)條件、經(jīng)濟條件綜合考慮,如果需要多次過濾、加壓回灌,那么所用的設(shè)備、電力,這些成本開銷比抽出來熱水用的熱量花費還高,回灌要花更多的錢,顯然從經(jīng)濟條件考慮是不合適的。
究竟可以留多少熱水不回灌,就能保證地下水位平衡又能利用地熱水的價值?鄭克棪表示,這還需要更多的模擬。
除了對資源本身的理論研究,單從地源熱泵這方面考慮,也有諸多問題待解。
天津市建筑設(shè)計院暖通設(shè)計總工程師伍小亭認為,所謂“不成功”的地源熱泵項目主要體現(xiàn)在三個方面:一次能源效率接近甚至低于常規(guī)系統(tǒng),沒能實現(xiàn)利用可再生能源,降低化石能源消耗的初衷;盡管一次能源效率高于常規(guī)系統(tǒng),但增量成本過高,節(jié)能回報年限過長,甚至超過法定的財務(wù)測算年限,造成項目不具有財務(wù)生存力;系統(tǒng)性能穩(wěn)定性不佳,表現(xiàn)為系統(tǒng)投入使用幾年后,其能力衰減明顯,甚至影響正常使用,需再次投資改造。
同時,伍小亭也提出了對以上問題的解決方案:“細節(jié)決定成敗”,通過精細化設(shè)計,做到“確實節(jié)能、收益可期、穩(wěn)定高效”。
伍小亭認為,“精細化”主要體現(xiàn)在以下方面:設(shè)計模式由處方式轉(zhuǎn)變?yōu)樾阅芑ㄗ兇胧?dǎo)向為目標導(dǎo)向);設(shè)計方法由“對標”轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)化分析下的“基本合標”(模擬分析貫穿始終);重視對末端需求的研究,比如負荷、二次能源品位、運行規(guī)律、保障率等;對“源”的勘察與分析,如能力(強度、分布、長期熱儲)、品位(設(shè)計取值的確定、運行周期內(nèi)的變化規(guī)律);基于多方案比選的技術(shù)路線制定,采用單一熱泵系統(tǒng)還是復(fù)合型熱泵系統(tǒng)?需要蓄能還是非蓄能?這些都可在好好比較后選出最優(yōu)方案。
此外,還要開展作以系統(tǒng)能效為目標的設(shè)計參數(shù)研究,如綜合源側(cè)、輸配、用戶側(cè)末端等;基于增量投資回收年限系統(tǒng)配置,如優(yōu)化調(diào)峰、蓄能的容量與參數(shù);在設(shè)計階段即考慮運行調(diào)節(jié)策略,使其作為設(shè)計的導(dǎo)入條件,避免系統(tǒng)實施后不具備正確運行調(diào)節(jié)的硬件環(huán)境。
“我們現(xiàn)在開采的多是常規(guī)地熱能,溫度高于25℃,以地熱流體(水+蒸汽)的形式出現(xiàn),埋藏深度一般在3000米以內(nèi)?!敝袊茖W(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所地熱資源研究中心主任龐忠和說。
由于很多地熱項目已經(jīng)超過3000米,龐忠和建議,或許可以將“中深層”的深度定義從3000米調(diào)整到4000米,“4000以下干脆叫超深層,這個地熱能可以跟干熱巖的概念差不多”。
資源是硬道理。然而,要高品位資源就要有深度,深度大面對的各種技術(shù)挑戰(zhàn)就更大。
中國科學(xué)院院士汪集旸在《有關(guān)中深層地熱資源開發(fā)利用的若干問題》的報告中提出,若一個地區(qū)對開發(fā)利用地熱資源的要求很大,但又找不出能滿足能源需求的合適熱儲,那就必須考慮對天然熱儲進行人工改造,以滿足該地區(qū)的能源需求。但深鉆與水力壓裂技術(shù)也是解決這一問題面臨的兩大技術(shù)難點,同時成本極高、資金回收期長、投入產(chǎn)出比低等問題也需要提前考慮。目前比較成功的改造案例都是在現(xiàn)有水熱系統(tǒng)的深部或者外圍去做的改造。
龐忠和指出,地熱利用項目能不能做,需要靠資源說話,做得好與壞,由管理和技術(shù)決定。地熱系統(tǒng)的品質(zhì)分析可以采用五要素法:熱源,維持地熱系統(tǒng)的熱量補給源;水源,維持流體循環(huán)的水源;通道,地熱流體循環(huán)的高滲透性構(gòu)造;儲層,地熱流體儲集層;蓋層,減緩地熱系統(tǒng)熱量散失的隔熱層。
干熱巖開發(fā)技術(shù)仍然屬于世界性的難題,國際上通用的干熱巖開發(fā)技術(shù)是增強型地熱系統(tǒng)。中國工程院院士曹耀峰指出,該系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)有選區(qū)選址、系統(tǒng)描述和設(shè)計、高效成井、人工熱儲、系統(tǒng)運行等。“現(xiàn)在我們并沒有多少成功的經(jīng)驗,要開發(fā)利用干熱巖,挑戰(zhàn)仍然很大?!?/p>
盡管困難重重,曹耀峰仍然對干熱巖利用充滿信心,“2016年8月份,國務(wù)院印發(fā)了《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》,比較系統(tǒng)地在深海、深藍、深空、深地等能夠拓展國家戰(zhàn)略利益、保證國家戰(zhàn)略優(yōu)勢的領(lǐng)域做出了部署,這對干熱巖的勘探開發(fā)有極大推動作用?!?/p>
“將來不管是國土資源部還是科技部,不論以國家重點實驗室、重大研發(fā)項目還是重大工程的形式,一些資金和扶持政策一定會陸續(xù)出臺,我們也要做好方方面面的準備?!辈芤逭f。