西藏羊八井地热发电站。(资料照片)
绝大部分地热能源深深埋藏于地下,除了火山喷发或者一些地方浅层热能能够为人们所直接感知之外,其内部蕴含的丰富热能只有通过钻探等方式才能为人们所认识和利用。从新中国成立以来,特别是改革开放40年来,中国科学家不仅摸清了本国地热资源的分布规律,绘制出翔实的“地热地图”,而且在地热资源开发利用方面取得了突出成就,把地热能转化为电能,把地热能用于采暖和制冷,并与农业等行业紧密结合,打造出丰富多彩的“地热 ”模式,并使其成为一张亮丽的中国“绿色名片”。
西藏羊八井地热发电站蜚声海外
在中国地热资源分布图上,我们能够看到西藏自治区中的一大片被涂成“火红色”,那里正是国际上著名的“地中海—喜马拉雅地热带”的重要组成部分,是地球内热活动在陆地表面的主要显示带之一,这里的热储温度可以达到150～200℃以上,中国蜚声世界的西藏羊八井地热发电站就位于这条显示带上。
上世纪70年代,西藏自治区选定在拉萨西北当雄县境内建设羊八井地热发电站。该地海拔4306米,地热田地下深200米,地热蒸汽温度达172℃。1977年10月,1号实验机组建成并启动试运行。1978年,羊八井地热电站达到设计要求。之后,装机容量进一步扩大,至1991年,该电站共完成8台3000千瓦机组建设,装机容量约2.4万千瓦。在国家高技术研究发展计划(863计划)项目“中低温地热发电项目”支持下,中国自主知识产权的“螺杆膨胀发电机组机”分别于2008年和2010年两次应用于羊八井地热电站,使其性能和效率进一步提升。
羊八井地热发电站是世界上海拔最高的地热发电站,开创了国际上利用中低温地热发电的先例,在世界新能源的开发利用史上占有重要位置。自建成投产以来,羊八井地热发电站一直安全、稳定发电,到2017年,该电站累计发电量已超过30亿千瓦时,为西藏经济社会发展和环境保护做出了卓越贡献。
近年来,中国地热发电领域陆续取得新进展。2016年11月25日云南德宏傣族景颇族自治州地美特地热发电项目的第一口井开钻,不到8个月,第一台机组便成功发电并网。2017年,四川康定小热水地热田钻成高温热井,成功安装了200千瓦发电机组。《地热能开发利用“十三五”规划》提出,2020年新增装机容量达到50万千瓦。届时,地热能发电将有望为中国能源生产和使用的“绿化”作出更大贡献。
雄安新区引领地热采暖制冷建设
对于2017年冬天遭遇的天然气供应不足导致的“气荒”,很多人可能还记忆犹新。供暖摒弃煤炭,改用天然气的确可以在很大程度上减轻空气污染,但是“煤改气”清洁取暖工程稳妥推进的前提是充足的天然气供应。有没有更绿色环保、更经济便捷的采暖方式呢?很多人把目光投向地热能。
地热能采暖(制冷)的原理并不复杂,简单来说就是通过地源热泵和深埋于建筑物周围的管路系统,冬季从土壤或水源中“提取”的热能,送到建筑物中；夏季将建筑物中的热量“带走”,释放到水体或土壤中去,以达到给建筑物室内制冷的目的。就地热制冷而言,还有一种被称作“吸收式制冷”的方式,即以地热蒸汽或地热水为热源提供的热能为动力,驱动吸收式制冷设备制冷。
地热能供暖和制冷有得天独厚的优势。这一方面在于其分布范围广泛。根据中国地质调查局的最新资源评价结果,全国336个地级以上城市浅层地热能资源每年可开采量折合标准煤达7亿吨,用于建筑物供暖,可实现建筑物冬季供暖面积323亿平方米,夏季制冷面积326亿平方米。全国适宜开发浅层地热能的地区主要分布在中东部,包括北京、天津等地。另一方面在于地热供暖和制冷的核心技术难度不大,成本相对较低,既方便又经济实用。
2017年4月,国家级新区雄安新区横空出世,其目标是建成“蓝绿交织、清新明亮、水城共融、多组团集约紧凑发展的生态城市”,以地热能为主,多能互补的供暖方案率先被提出,并把“打造全球地热利用样板”作为目标之一。据此,两个多月后,支撑服务雄安新区规划建设的地质调查工作就正式展开。当年8月23日,第一阶段结果公布:雄安新区地质条件优越,区内浅层地温能开发利用条件适宜,可满足约1亿平方米建筑面积供暖制冷需要。
作为雄安新区重要组成部分,原河北雄县在地热能开发利用方面一直走在全国前列,早在2006年,该县就被国土资源部等机构命名为“中国温泉之乡”。2009年雄县与冰岛及中国石化签订战略协议,大力引进先进技术,开发地热集中供暖。数年间,雄县共开凿地热井近80眼,城区地热供暖面积达270万平方米,占集中供暖总面积的92%,年替代标准煤9万吨,减排二氧化碳18.99万吨、二氧化硫0.48万吨、粉尘1.19万吨,为改善城市空气质量作出了积极努力和贡献。雄县成为了取暖“无烟城”,并形成了“政府主导、政企合作、技术先进、环境友好、造福百姓”的地热能利用格局。这些为雄安新区开发利用地热能取暖制冷积累了难得的经验。
据统计,2015年底,中国浅层地热能供暖面积近4亿平方米,水热型地热能供暖面积超过1亿平方米。随着南方地区冬季采暖需求的增强和浅层、水热型地热能供暖技术进一步成熟完善,浅层地热能的应用范围将在全国范围拓展。根据《地热能开发利用“十三五”规划》,“十三五”时期,中国新增地热(制冷)包括新增浅层地热能供暖(制冷)面积7亿平方米,新增水热型地热供暖面积4亿平方米。
北京鲜花港是地热能园艺典范
在北京东北部的顺义区杨镇,有一个总体规划4平方公里的“国际鲜花港”。作为北京市花卉的生产、研发、展示和交易中心,花卉的休闲观光和文化交流中心,这里曾是2009年第七届中国花卉博览会的主要工程,每年都会举办郁金香节、月季节、菊花节、迎春年宵花展。当游客们徜徉于花海,流连忘返的时候,可能会闪过一个念头:这么多不同地域环境才能茁壮生长的花卉为何都能在鲜花港内精彩绽放呢?答案其实并不复杂,那就是国际鲜花港采用了“地热 花卉”的模式。
据了解,为解决温室及建筑供暖问题,突出园区绿色、科技、循环、集约的建设宗旨,国际鲜花港在完成浅层地热能测试、水资源论证和地热物探勘查的基础上,先后到国家北方苗木基地、用友软件园、华清集团等地现场调研,历经10余次专家座谈及论证会,最终确定了以地热梯级利用为主,地源热泵、水源热泵为辅,结合燃气调峰的供暖形式。该供暖方式虽然前期一次投资大,但与常规供暖方式相比存在无污染、零排放、能源可再生、系统运行费用低等特点,环保性和节能性明显。正是通过大规模使用地热综合技术,精准调节温度湿度等参数,实现了“世界花卉尽收港内”“花卉博览会永不落幕”的现代农业奇迹。
北京国际鲜花港是地热能在园艺领域应用的一个典范。“地热 农业”将给传统农业在诸多方面带来深刻变革。一是可以拓展品种种植时空。既能把外地品种实现本地化种植,又能帮助农作物在反季节上市,减少了病虫害,降低了生产成本,提高了价值和安全性。二是提高了质量和产量。使作物在虚拟的更加适宜的自然环境下,产量提高的同时,口感、营养等品质也更好。三是地热能可以帮助进行稀有蔬菜花卉的育苗,辅助进行一些高科技农产品技术实验。就养殖业来说,地热资源的利用也可以提升产业附加值。比如,热水养殖可以大大缩短多种水生物的孵化期和生长周期。可以依托地热资源发展高产鱼类等养殖产业。
