伴随“双碳”目标纳入国家总体发展规划,在推进该目标实现的过程中,地热能在能源转型、绿色清洁供暖方面的优势越来越明显,已经成为实现清洁供暖的重要方式。
清洁低碳优势不断显现
我国北方地区冬季寒冷,取暖是居民度过漫长冬季的刚需,其中煤炭供暖是长期以来的不二选择。但是,煤炭的二氧化碳排放量大,一台8吨的燃煤锅炉每个供暖季大约用煤2000—3000吨,相关数据显示,1吨标煤热值的煤炭燃烧排放的二氧化碳约为2.6吨。
煤改气、煤改电之后,许多市政供暖公司改用天然气锅炉供暖,居民家中选择壁挂炉或电暖气取暖,但碳排放的问题并未得到彻底解决。一方面,天然气并非可再生能源,也并不完全清洁,一吨标煤热值的天然气大约排放1.6吨二氧化碳;另一方面,用电供暖看似清洁,但我国68.5%左右的电力来自火电,电和天然气供暖成本高,无形中增加了居民的经济负担。
相比之下,地热能清洁环保,是可再生能源中的“优等生”。我国地热资源相对丰富,资源总量约占全球的7.9%,可采储量相当于4627亿吨标准煤。在解决了技术问题之后,地热能供暖成本低、稳定可靠、绿色无污染,是其它化石能源和化石能源衍生品无法替代的。
在雄安新区雄县,中石化绿源地热能开发有限公司(以下简称“绿源公司”)2009年便与当地政府合作开发地热资源,拆除燃煤锅炉,利用“取热不耗水”技术为当地居民供暖,实现了地热供暖全覆盖,每个冬天可替代标煤14万吨,减排二氧化碳36万吨。在陕西武功县,政府拆除县城及城乡结合部燃煤锅炉454座,采用地热能供暖,打造了西北地区首座地热供暖“无烟城”,每年可替代标煤1.9万吨、减排二氧化碳4.5万吨。
在“双碳”目标下,能源转型和能源结构调整是大势所趋。由于化石能源在碳减排方面的巨大压力,地热能在能源转型中的优势不断释放,鼓励政策也频频出台。“十四五”规划明确,因地制宜开发利用地热能,改善京津冀、长三角地区以及汾渭平原空气质量,因地制宜推进北方地区清洁取暖。2021年初,国家能源局发布了《关于因地制宜做好可再生能源供暖工作的通知》。八部委联合下发《关于促进地热能开发利用的若干意见》明确,2025年地热能供暖(制冷)面积比2020年增加50%。国务院出台的《2030年碳达峰行动方案》也提出要求,到2025年非化石能源消费比重达20%,2030年非化石能源消费比重达25%,重点实施“碳达峰十大行动”。今年以来,国家多部门及地方政府密集发布碳达峰实施方案,明确碳达峰时间表和路线图。
中国石化于2021年印发《关于中国石化碳达峰、碳中和行动的指导意见》,提出要持续推动“地热+”,发展以“氢能供给、清洁供热、清洁供电、生物燃料供应”及“新能源业务与现有业务绿色发展相融合”“新能源业务与新科技新模式发展相融合”为构架的“四供两融”业务,全力当好地热供暖和余热利用行业的领先者。
政策的出台和规划的落地,为地热能开发利用企业提供了重大发展机遇,地热能规模化开发进入了黄金发展期。
借“双碳”机遇开展规模化开发
“化石能源洁净化,洁净能源规模化,生产过程低碳化,能源产品绿色化”是中国石化的战略要求。只有规模化开发利用,才能更好发挥地热能在能源转型中的作用。作为一家由中国石化新星公司控股的中冰合资地热能开发利用专业公司,总部设在雄安新区的绿源公司成立15年来始终以规模化为发展方向,坚持资源先行,打造核心技术,创新商业模式,走出了一条规模化开发地热能的新路子。
资源先行,就是把优质资源握在手中。高品质的地热资源是中深层地热能开发利用企业实现可持续、有效益发展的必要条件,也是其做强做优做大的基础。绿源公司在全国抢先占领地热资源市场,在关中、牛驼镇、容城、高阳等21个优质地热田进行市场布局,仅关中地热田地热资源总达323×1.018千卡,相当于4610亿吨标准煤,是陕西省煤炭资源总量的3.34倍,地热热储的总热量可供暖面积为8.84亿平方米。此外,牛驼镇、高阳、容城地热田等地热储量为22006.22×1016焦耳,热水储量2700亿立方米,年可开采量达108亿立方米,热能相当于标准煤6292万吨,可减少二氧化碳、二氧化硫、粉尘排放15170万吨。目前,绿源公司已在上述地热田耕耘15年,建成地热供暖能力积累计达5800多万平方米。
技术领先,方能占领行业至高点。中深层地热资源深埋地下1500-3000米,地热资源的开采和利用需要技术的创新驱动和引领。绿源公司以打造地热能规模开发领域的“技术先导型公司”为目标,发挥中冰合资优势,形成了地热能勘探开发六大技术体系,解决了资源勘探、地热钻井、地热尾水回灌、递级利用、集成应用、智能绿色开发等问题。在雄安新区雄县鑫城小区人才家园换热站,绿源公司采用“取热不耗水”的回灌技术,仅这一个站每个采暖季可替代标煤7958吨,减少二氧化碳排放量19895吨。在陕西武功,绿源公司采取项目“串联”方式开展地热能的梯级利用,将地热能“吃干榨净”。在陕西咸阳三普东区,绿源公司将90多摄氏度的地热水换热供暖后,尾水用于居民家中洗浴和咸阳地热城的温泉疗养,实现了多元利用。
模式领先,复制推广更轻松。由于地热供暖属于民生工程,离不开政府监督指导,因此打造一种符合市场规律的商业开发模式,是实现地热能规模开发的助推器。绿源公司与雄县政府共同打造了政企合作、市场运行、统一开发、技术先进、环境保护、百姓受益的“雄县模式”,在“统一政策、统一管理、统一规划、统一开发”框架下,在雄县建成地热供暖能力600多万平方米,打造了我国首个地热供暖“无烟城”,多年来已累计节约标煤79.77万吨,减少二氧化碳、二氧化硫排放211.4万吨。
“雄县模式”可复制、可推广。2017年雄安新区成立后,绿源公司再造“雄安模式”,采取“地热+清洁能源集成”模式为雄安新区提供冬季供暖“零碳”方案。截至目前,绿源公司用中深层地热+浅层地热+天然气+清洁电力的清洁能源集成方式,在雄安新区在建和建成地热供暖能力2000万平方米,可为 25万用户居民提供清洁供暖。2021年6月,绿源公司雄县地热开发被国际可再生能源机构IRENA纳入全球推广项目。
随着地热能规模开发之路越走越远,绿源公司在冀陕鲁晋津等40多个省市区县开发地热能,已实现供暖面积5800多万平方米,为40多万个家庭提供清洁供暖,累计节约标准煤1950万吨,减排二氧化碳4800万吨,相当于植树2670万棵。同时,绿源公司计划“十四五”末建成供暖面积1.2亿平方米,在中国石化净零排放终极目标中贡献“地热+”力量。
“地热+”为城市能源转型提供路径
城市是温室气体排放的主阵地,全球超过70%的温室气体和90% 以上的大气污染物均来自于城市中的人类活动。因此,以能源作为突破口打造“零碳”城市,已成为城市发展的未来目标。绿源公司开发地热资源,用“地热+”为“零碳”城市、“零碳”乡村提供了能源转型的地热路线。
由于城市地热能利用受制于地下热储的分布,而城市浅层地热、污水源、工业余热资源丰富,“地热+清洁能源集成”为城市供暖提供了用武之地。绿源公司以中深层地热能开发为主,辅之以余热、浅层地热、污水等清洁能源,大力拓展供热市场,形成了“地热+清洁能源集成”的产业格局,“地热+”供暖面积已占整体供热面积的40%,克服了地下资源对市场布局的限制,为城市能源转型提供了借鉴。
绿源公司以“冷暖结合、深浅结合、综合利用、集成发展”为开发思路,以“地热+”建成的分布式供暖项目为单元,以分布式项目的集群式、矩阵式来呈现地热开发规模,打造地热供暖“无烟城”,为城市清洁供暖提供了实施方案。在陕西咸阳,绿源公司以27个分布式供热项目建成清洁供暖面积700多万平方米,占咸阳市供暖面积的30%;在河北,绿源公司在14个县市区建成分布式自然站217座、集输式母站9座、集输式子站126座,合计建成供暖能力3200多万平方米。
在咸阳,绿源公司用中国石油长庆石化厂石油炼化产生的工业余热,为金旭路和朝阳一路居民进行供暖,面积达55万平方米;用地源热泵为延安大学咸阳医院心血管病院大楼进行冬季供暖、夏季供冷。在河北沧州市东光县,用化肥厂工业余热建成供暖面积320万平方米。在河北衡水市清河县,采用“地热+污水源热泵”,建成城市供暖500多万平方米。在雄安新区,采用“地热+”多能互补方案,绿源公司管理运行4座大型综合能源站、22座卫星站,为新区1200万平方米居民住宅和公共建筑供热(制冷)。
不仅在城市,绿源公司还在雄安新区沙辛庄、大营镇11个自然村开展农村地热代煤的探索,为5000多户农村百姓提供地热能清洁供暖,建成地热供暖“零碳村”。
在“双碳”目标下,能源转型是必由之路,地热能在能源转型和能源替代、尤其是城市清洁供暖方面优势明显。在我国明确提出加快发展有规模有效益的风能、太阳能、生物质能、地热能、海洋能、氢能等新能源的背景下,地热能开发企业要坚持在地热能开发利用技术、标准、应用、品牌、规模、效益等方面持续发力,为“双碳”目标的实现和增进人民福祉贡献力量。
(作者系中石化绿源地热能开发有限公司董事长、党委书记)