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实现“双碳”目标不可或缺的能源 我国地热能技术正“升温”

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国科技信息杂志社 发布时间:2023-01-08 浏览:

中国储能网讯:我国地热能资源更是丰富,当前336个主要城市浅层地热能年可开采资源量折合标准煤约为7亿吨。

在中国努力奔向碳达峰、碳中和的目标中,有这样一种可再生能源,它不受季节、昼夜和气候影响及资源丰富的长处可以为能源转型作出重要贡献,它就是地热能。地热能是由地壳抽取的天然热能,这种能量来自地球内部的熔岩,并以热力形式存在,是引致火山爆发及地震的能量。地热能大部分是来自地球深处的可再生性热能,它起于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。还有一小部分能量来自太阳,大约占总的地热能的5%,表面地热能大部分来自太阳。

那么,地热能究竟有哪些应用呢?其实,它的应用对于大众来说并不陌生,例如温泉就是常见的地热能应用,只是目前大规模、工业化的地热能利用相对较少。事实上,我国地热能行业有着辉煌而悠久历史,早在两千五百年前《山海经》中便记载了天子山一带的神奇景观:“汤谷上有扶桑,十日所浴,在黑齿北。居水中,有大木,九日居下枝,一日居上枝。”书中描述的正是今天的地热田。而如今,我国地热能资源更是丰富,当前336个主要城市浅层地热能年可开采资源量折合标准煤约为7亿吨。

尽管有着庞大的规模,但我国地热能技术水平相比欧美国家不占优势,尤其是在地热专业技术人才培养方面,以及勘探和开发的重大项目开展中,凸显技术力量不足,严重阻碍了发展进程。面对这些棘手问题,我国地热能行业发展面临怎样的前景?今天,请跟随《中国科技信息》的脚步一起聊聊我国地热能行业相关话题。

我国地热能直接利用规模多年位居世界第一

地热能是一种绿色低碳、能够持续利用的可再生能源,具有储量大、分布广、稳定可靠等特点。通常来讲,地热能是指赋存于地球内部岩土体、流体和岩浆体中且能够被人类开发和利用的热能,包括土壤源、地下水源和地表水源三类浅层地热能,以及水热型中深层地热能和干热岩地热资源。更加重要的是,我国地热能资源丰富,具有得天独厚的自然优势。

数据显示,国内336个地级以上城市浅层地热能年可采资源量折合标煤7亿吨,4000米以浅水热型中深层地热资源量折合标煤12500亿吨,年可采资源量折合标煤18.7亿吨,3千—10千米内干热岩资源量相当于860万亿吨标煤。

得天独厚的优势,加上政产学研”的共同努力,让我国在地热能开发利用和效益方面取得显著成绩。在行业发展层面,我地热能产业逐步完成从无到有、从粗放到有序的过渡,技术开发与装备能力逐渐与国际一流水平接轨,终端应用体系的建设方面不断取得新的突破。

在政策引导和市场需求推动下,我国地热能资源开发利用得到较快发展,直接利用规模多年位居世界第一。另有数据显示,随着地热能下游市场蓬勃发展,我国地热能行业持续增长,2014-2021年我国地热能行业市场规模由298.54亿元增长739.68至亿元,CAGR为13.84%。在“双碳”背景下,作为可再生能源的地热能发展将在“十四五"迎来大有可为的战略机遇期。

规模化开发和技术的迭代升级令行业发展加速

在了解过地热能的概念和行业背景以后,不少人对于地热能行业仍旧感到“遥不可及”。那么,我国地热能行业究竟有哪些具体的表现形式和场景呢?

其实,地热能资源的利用可以有多种形式,如发电、供热、制冷,甚至制取高于自身温度的低压蒸汽,尾水可以进行稀有矿物元素提取,并且可以通过梯级利用实现多种功能,大幅提高利用率。同时,地热能不受季节、气候、昼夜变化等外界因素干扰,稳定性极强。

在具体应用层面,地热能应用可以分为地热发电和地热直接利用两种途径。其中直接地热应用主要是用于地热供暖、地热工业、地热农业以及地热医疗等领域。目前我国除地热发电外,直接利用地热水进行建筑供暖、发展温室农业和温泉旅游等利用途径也得到较快发展。伴随着我国技术开发与装备能力的提升,地热能应用也在不断优化升级。

以最常见的供暖和制冷为例,单一热源往往已不能满足大型建筑物(群)的空调节能需求,根据不同地区的地质条件及气候环境,采用复合热泵系统,即多冷/热源的建筑物供能方式是能源优化利用和结构调整的具体体现。

总体来看,我国庞大的自然面积使得地热能分为高温地热资源、中温地热资源、低温地热资源,三类地热资源在应用领域方面存在差异。在我国的地热资源开发中,经过多年的技术积累,地热发电效益显著提升。除地热发电外,直接利用地热水进行建筑供暖、发展温室农业和温泉旅游等利用途径也得到较快发展。全国已经基本形成以西藏羊八井为代表的地热发电、以天津和西安为代表的地热供暖、以东南沿海为代表的疗养与旅游和以华北平原为代表的种植和养殖的开发利用格局。

“地热+”将成为行业发展新“风口”

在我国地热能行业的长期发展中,积攒了一些成功的经验,但也存在一些技术层面的压力,那么如何结合我国实际,对地热能技术实现突破和创新,则是科学家和科研人士一直在追求的目标。

谈到如何加快规模化开发,实现我国地热产业高质量发展,中国科学院院士汪集暘提出充分发挥“地热+”的模式,与太阳能、风能等可再生能源互补联动。“地热能+”通常指地热与其他可再生能源互补综合利用,用于联合供热或者发电,可实现较高的能源使用效率。该系统可将各种形式的能量储存于地下并按需求取出加以利用,是地热开发利用的一种新途径。

可以说,“地热能+”将是我国地热能行业的下一个“风口”。此前,国家能源局《关于因地制宜做好可再生能源供暖工作的通知》就曾提出,支持建设可再生能源与其他供暖方式相结合的互补供暖体系。在有条件的地区发展地表水源、土壤源、地下水源供暖制冷等。鼓励利用油田采出水开展地热能供暖、地下水资源与所含矿物质资源综合利用等;河北省也在《关于促进全省地热能开发利用的实施意见》中倡导“地热能+”模式,推广地热能与太阳能等其他可再生能源形成多能互补的能源供给方式。例如,雄安新区就通过区域地热资源储备和政策优势的结合打造了“地热能+”的“雄安模式”,开辟了地热能产业发展的区域化道路。

对此,业内专家分析指出,在“双碳”与构建新型电力系统的稳定性与清洁取暖均提出了更高的要求,也为包括地热能与多种清洁能源耦合互补、大力发展“地热能+”带来了发展机遇。“地热能+”作为未来新能源和可再生能源的一个发展方向,其规模化利用必将在“双碳”目标实现中发挥越来越大的作用。

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