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【中國環(huán)保在線 清潔能源】我國剛剛發(fā)布了《地熱能開發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》，給市場注入了一針強心劑。但是業(yè)內(nèi)專家提醒，目前地熱產(chǎn)業(yè)存在著一些現(xiàn)實問題。例如，如何提高淺層低熱能開采效率，如何面對各種技術(shù)挑戰(zhàn)。盡管困難重重，但是多數(shù)業(yè)界人士對地熱市場的未來仍是信心十足。
“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。”北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局能源處處長李寧波在近日于東營舉辦的海利豐·2017第九屆中國地源熱泵行業(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。”李寧波說。
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)普遍關注的問題。
尾水回灌是手段而非目的
位于北京的北苑家園，是北京大的地熱供暖社區(qū)項目，截至目前運行已超過10年，依然穩(wěn)定。“為什么這個社區(qū)的地熱項目可持續(xù)，就是把所有的水回灌了。”李寧波說，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)的設計、運行非常重要。
“地下的熱來源、熱交換、熱恢復是一個復雜的過程，地下看不見、摸不著，很多地方也還沒有研究透。”李寧波坦言。
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，砂巖回灌就是難題，有的地方有時候確實做不到100%回灌。”但鄭克棪認為這并沒有關系，“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。
“細節(jié)決定成敗”
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。
天津市建筑設計院暖通設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測算年限，造成項目不具有財務生存力；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”，通過精細化設計，做到“確實節(jié)能、收益可期、穩(wěn)定”。
伍小亭認為，“精細化”主要體現(xiàn)在以下方面：
設計模式由處方式轉(zhuǎn)變?yōu)樾阅芑?變措施導向為目標導向)；設計方法由“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優(yōu)方案。
此外，還要開展作以系統(tǒng)能效為目標的設計參數(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)；在設計階段即考慮運行調(diào)節(jié)策略，使其作為設計的導入條件，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。
資源是硬道理
“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)。”中國科學院地質(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。
中國科學院院士汪集旸在《有關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，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)關鍵技術(shù)有選區(qū)選址、系統(tǒng)描述和設計、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。”
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)勢的領域做出了部署，這對干熱巖的勘探開發(fā)有極大推動作用。”
“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。”曹耀峰說。
原標題：地熱能開發(fā)挑戰(zhàn)仍存
