“地熱+”的多能互補方案成雄安新區(qū)供暖方案

　　“雄縣沒有煙囪，你看，這里是無煙城。”中國石化綠源地熱能開發(fā)有限公司（下簡稱“綠源公司”）技術(shù)總監(jiān)孫彩霞驕傲地說。

　　雄縣位于河北省中部，距北京約110公里。中國北方城市取暖大多使用燃煤，致使華北、東北地區(qū)的冬季空氣質(zhì)量一直不佳，河北多個城市尤甚。但這個地處京津冀中心的小縣城，由于從2009年開始大規(guī)模使用地熱能集中供暖，形成在國內(nèi)具有樣板意義的地熱開發(fā)利用“雄縣模式”，徹底擺脫了冬季燃煤供暖帶來的種種問題。

　　如今，地熱能供暖已覆蓋全縣95%以上的建筑。據(jù)綠源公司統(tǒng)計，2013年雄縣地熱供暖CDM（清潔發(fā)展機制）項目在聯(lián)合國注冊后，核證的二氧化碳年減排量為10萬噸。以一棵樹每年可吸收二氧化碳18.3千克計算，相當于種植了500多萬棵樹。

　　今年4月，設(shè)立雄安新區(qū)的消息公布后，新區(qū)內(nèi)雄縣的熱能開發(fā)備受關(guān)注。據(jù)公開資料，雄安新區(qū)啟動區(qū)面積為30平方公里，將構(gòu)建成“藍綠交織、清新明亮、水城共融、多組團集約緊湊發(fā)展的生態(tài)城市”，“地熱+”的多能互補方案成為率先被提出的供暖方案，配套補充能源也依然以天然氣、太陽能、風能等清潔能源為主。

　　國內(nèi)公認最好的一塊中深層地熱田

　　孫彩霞還記得，2009年10月28日公司與河北雄縣人民政府簽訂《開發(fā)雄縣地熱資源合作協(xié)議》的那天，正好下著大霧。雄縣位于白洋淀的東北方向，守著366平方公里的湖，下霧是常事。但她當時還不知道，此前冬天因為地熱水直接排放到地表，縣城水汽繚繞，比下霧還嚴重。

　　在現(xiàn)年49歲的雄縣縣委宣傳部副部長王金鎖記憶中，雄縣地熱的發(fā)現(xiàn)，源于華北油田的勘探。這是上世紀70年代由時任全國科協(xié)副主席、中科院副院長李四光開啟的全國“地熱會戰(zhàn)”成果之一。大約在1973年，雄縣開始有“地熱供暖”的概念。

　　“所謂地熱，就是巖石和地下水里面的熱。”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向《中國新聞周刊》解釋。在所有地熱形式中，水熱型最容易開采利用，直接把熱水抽上來利用；如果地下水不夠，還可以人工注水，通過和巖石交換熱量，注入涼水，抽出熱水。

　　太陽能、風能有不穩(wěn)定性，天然氣燃燒后仍會產(chǎn)生二氧化碳、一氧化碳、水蒸汽等排放物，相比之下，地熱是最穩(wěn)定、最清潔的零排放綠色能源。

　　“雄縣水質(zhì)好，地熱水打上來直接就能用。很多人隨便打口井，就弄個澡堂子經(jīng)營。”王金鎖對《中國新聞周刊》回憶說，不少澡堂附近居民接個管子把熱水引到家里取暖，就成了“地熱取暖”。那時開發(fā)不具規(guī)模，打井后地熱水能自噴到地面以上十幾米高。

　　雄縣所處地熱田屬于牛駝鎮(zhèn)地熱田。1988年出版的《華北地熱》一書中記載了牛駝鎮(zhèn)地熱田的熱儲優(yōu)勢，“埋藏淺、水溫高、儲量大、水質(zhì)好”。孫彩霞說，“這是國內(nèi)公認最好的一塊中深層地熱田”，打到地下1500至2000米就有熱水，而在中國其他地方，獲得同樣溫度的地熱資源通常要打到地下3000多米；雄縣地熱水的溫度也很高，常年在60至80攝氏度之間，特別適合實現(xiàn)梯級利用；出水量平均為每小時50至70立方米，部分地區(qū)可達每小時120立方米；同時，地熱水礦化程度低，基本可直接使用，不易對管道造成腐蝕。

　　雄縣的學校、醫(yī)院甚至個人紛紛打井取暖。“地熱能與其他礦產(chǎn)資源不同，不能直接買賣，時間長就冷了，沒人覺得其中有經(jīng)濟價值。”綠源公司副總經(jīng)理陳蒙輝說，因此最初開發(fā)時也沒有過多限制。當時，縣國土資源局下設(shè)專門的地熱辦，只要申請，一般都能得到批準。

　　這種狀況一直持續(xù)到2000年前后。房地產(chǎn)開發(fā)進入熱潮，如果小區(qū)有地熱供暖，價錢就高，全縣的小區(qū)紛紛打熱水井。當時沒有回灌技術(shù)，地熱水使用過后，就直接排到地表。

　　雄縣西南方有個巨大的“溫泉湖”。雄縣縣委宣傳部副部長王金鎖說，這個湖本是個很小的自然湖，2000年前后，大量開采出的地熱水無處排放，都排到湖里。湖面越來越大，誰也不知道水有多深。地熱水排出后依然有三四十度，湖水冬季不結(jié)冰，蒸發(fā)后在地面五六米高的空中形成霧氣帶，整個縣城如在仙境。有的小區(qū)隨意挖個排水坑，坑里水滿了，外溢到公路上，地面結(jié)冰后形成交通安全隱患。

　　不只如此，雄縣地下水位也在迅速下降。自2000年后，每年地下水位下降十米左右， 2008年11月，雄縣副縣長王育新剛一上任，就遇到了“大麻煩”——許多熱水井不再自噴，很多小區(qū)冬季沒有取暖的地熱水了，開始有居民為此上訪。王育新說，他當時感覺到這件事單靠政府不好管，“還是得由市場來”。

　　西學中用

　　早在2006年，為解決地熱無序開發(fā)現(xiàn)狀，雄縣政府國土資源局就從國家開發(fā)銀行貸款1000余萬元，成立了專門開發(fā)雄縣地熱資源的綠泉公司。同時規(guī)定，縣城規(guī)劃區(qū)域內(nèi)，不再允許新增私人地熱井，今后將由綠泉公司統(tǒng)一負責地熱供暖。綠泉公司打了6眼地熱井，但很快就已經(jīng)無法跟上房地產(chǎn)開發(fā)的速度了。

　　取暖是北方冬季極重要的民生問題。雄縣政府于昌從2009年初起就組織研討會，到北京各大院校和科研單位咨詢相關(guān)專家，試圖解決地熱供暖的困境，最后明確，有兩個環(huán)節(jié)必須解決：首先，必須引入地熱水回灌技術(shù)，以解決水位下降和環(huán)境污染問題；其次，政府已經(jīng)沒錢了，要尋找充足的資金。更為迫切的是，一切要趕在當年供暖季到來前完成。

　　雄縣全縣約六成土地蘊藏地熱資源，一直吸引著國內(nèi)外能源專家前來考察，中國石油化工總公司（下稱“中石化”）新星石油公司（下稱“新星公司”）也在其中。新星公司是中國最早涉足地熱開發(fā)業(yè)務的國有企業(yè)，旗下有一家專事地熱開發(fā)的國有企業(yè)，其下屬綠源公司是一家中冰合資企業(yè)，成立于2006年，總部坐落在有“中國地熱城”之稱的陜西省咸陽市。

　　冰島是地熱開發(fā)利用技術(shù)最先進的國家之一，其地熱開采能力已可以開采深達地下4公里、高達374攝氏度以上的“超臨界流體地熱資源”，地熱能取暖覆蓋了全國約九成居民，約三分之一的電力來自地熱發(fā)電。

　　中國向冰島學習地熱開發(fā)技術(shù)可以上溯到上世紀。從1979年起，陸續(xù)有90多位中方人才前往冰島接受地熱方面的培訓。今年56歲的龐忠和就是1988年赴冰島聯(lián)合國大學地熱學院進修的第十批學生之一。“當年中國就我一個人去，全班只有6個人，都來自亞非拉國家。”

　　王育新回憶說，這使他們想到，是否可以考慮與新星公司合作，既可利用國有企業(yè)的資金優(yōu)勢，又可以學習到冰島的先進技術(shù)，一舉解決兩大難題。電話打過去，新星公司也正在尋找在中國中東部地區(qū)發(fā)展的機會，于是一拍即合。

　　合作談判結(jié)束時，王育新一算時間，還有不到3個月就要供暖了，但雄縣政府、中石化、冰島三方簽約時間定在2009年10月28日，根本來不及。“得讓他們先干”。

　　8月26日，簽合同前兩個月，陳蒙輝帶著6個人項目組入駐雄縣。當時，雄縣只有雄州路一條主干道，路上連公交車站都沒有，不遠處就是大片麥地。項目組以雄州路上一家三層樓的酒店為根據(jù)地，馬路對面的小區(qū)還在建設(shè)施工，那里就是他們第一年試點供暖的地方之一。

　　孫彩霞也在這時作為冰方代表來到雄縣。之前，她也曾在聯(lián)合國大學冰島地熱培訓中心進修，之后一直在冰島極地綠色能源公司任職。

　　孫彩霞對《中國新聞周刊》介紹說，首先要解決的是地熱水回灌問題，目前采用的技術(shù)，是將開采上來的地下水，通過換熱器“取走”熱量，之后再回灌到地下同一水層，以保持地下水位的平穩(wěn)。這一過程被稱為“同層回灌”，早在1988年之前，法國巴黎就采用了這種技術(shù)，他們稱之為“對井采灌”。過去，一般采用一口生產(chǎn)井一口回灌井的“一采一灌”模式。在雄縣，為了提高地熱井的使用效率，陸續(xù)開發(fā)出“兩采一灌”和“五采三灌”的地熱井群模式。

　　而“取走”熱量，采用的也是取熱不取水的間接換熱法。簡單說，先由生產(chǎn)井將地熱水抽出，經(jīng)軟化處理降低腐蝕性后，流入板式換熱器取熱，然后由回灌井將冷水重新注回地下水層；與此同時，另一套自來水循環(huán)系統(tǒng)將“熱”從換熱器上取走，經(jīng)由錯綜蜿蜒的不銹鋼管道送到千家萬戶，溫度降低后，回到換熱站重新取熱，如此循環(huán)往復，達到“取熱不取水”的效果。

　　這個過程頗為類似人體內(nèi)氧氣在血液中的循環(huán)：肺泡從吸進的空氣中獲得氧氣，之后廢氣被排出體外；與此同時，動脈血中的血細胞從肺泡里取走氧氣，運送到身體各個部位，變成含氧量低的靜脈血后，再回到肺部取氧。

　　雄縣地下水資源溫度高也是巨大的優(yōu)勢。為了提高使用效率，新星公司采用的是梯級化利用技術(shù)。剛開采上來的地熱水，溫度高達70至80攝氏度，經(jīng)過一級換熱板后最先為散熱器用戶供暖；約50度的一級地熱尾水進入二級換熱板，之后為地板輻射用戶供暖；約37度的二級地熱尾水進入三級換熱板后，再經(jīng)熱泵機組提溫也可為地板輻射用戶供暖；地熱尾水利用到20度左右進行回灌。

　　從2009年至今，雄縣已開發(fā)90余口采熱井和回灌井，供暖面積由40多萬平方米增加到450萬平方米，增長了10倍多，雄縣95%的建筑實現(xiàn)了地熱能供暖。

　　在新星公司雄縣一處換熱站，《中國新聞周刊》記者看到，換熱站占地約700平方米，在整個換熱站內(nèi)部，粗細不一的管道盤根錯節(jié)，均由銀色保溫管包裹，電腦監(jiān)控遍布全站，各項數(shù)據(jù)可直接在位于辦公樓二層的“地熱調(diào)控指揮中心”時時監(jiān)測。從2009年至今，雄縣已建成了36座換熱站。

　　孫彩霞介紹說，原本每個換熱站配備了三四名值班人員，隨著電子監(jiān)控技術(shù)的廣泛使用，即將采用無人值守模式，未來還將修建一座中央監(jiān)控中心，可直接監(jiān)控各個換熱站的運轉(zhuǎn)情況，甚至可以根據(jù)天氣的變化調(diào)節(jié)輸出的溫度。“數(shù)據(jù)通過傳感器傳到系統(tǒng)上，報表直接輸出，這是最先進、最直接、最高效的方式，也是未來要推廣的方式。”

　　技術(shù)提升了，但價格依然低廉。目前雄縣取暖費為16元/平方米，比原來燃煤供暖時期還少了10元。

　　如何復制“雄縣模式”

　　2011年8月18日，新星公司又與容城縣政府簽訂地熱開發(fā)協(xié)議。整套合同參考、復制了雄縣模式。目前容城已開發(fā)了20口地熱井，供暖面積達到200多萬平方米。

　　2014年2月，全國地熱能開發(fā)利用現(xiàn)場交流暨地熱能利用工作會議在雄縣召開，黃河以北各省發(fā)改委的相關(guān)人員都來到雄縣。在這次會議上，新星公司提出了地熱開發(fā)的“雄縣模式”：通過以地熱為主的集中供熱代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃煤。他們總結(jié)，“雄縣模式”的成功得益于“四個統(tǒng)一”：統(tǒng)一政策，由政府統(tǒng)一制定地熱勘探、開發(fā)、運行維護、暖費貼費收取等方面的優(yōu)惠政策；統(tǒng)一管理，成立地熱管理辦公室，對地熱能的綜合利用進行統(tǒng)一管理；統(tǒng)一規(guī)劃，編制的地熱發(fā)展專項規(guī)劃，納入城市建設(shè)和經(jīng)濟發(fā)展總體規(guī)劃之中；統(tǒng)一開發(fā)，授予新星公司地熱資源開發(fā)特許經(jīng)營權(quán)，進行整體開發(fā)。時任國家發(fā)改委副主任、國家能源局局長吳新雄在考察了雄縣的地熱開發(fā)情況后，將“雄縣模式”總結(jié)為“政府主導，政企合作，技術(shù)先進，環(huán)境保護，百姓受益”，認為可以作為一個樣板在全國推廣。

　　龐忠和分析說，從管理角度看“雄縣模式”，最大的優(yōu)勢是“一家主導，統(tǒng)一管理”。比如，以往的地熱開發(fā)，地熱井權(quán)屬分散，沒有形成規(guī)模，無法實現(xiàn)統(tǒng)一管理，各家分頭行動，零敲碎打，大家比賽打井用熱，卻都不回灌，造成巨大的資源浪費和地下水位下降等環(huán)境風險。

　　而雄縣采用的模式是，政府將全縣地熱資源的特許經(jīng)營權(quán)全部交給綠源公司，之后由綠源公司負責收購社會私井，改善供暖管網(wǎng)，最終形成了統(tǒng)一管理和調(diào)配，這時科研就發(fā)揮了最大作用。雄縣地熱開采形成規(guī)模之初，龐忠和受邀帶領(lǐng)科研團隊進入雄縣，著重研究尾水回灌問題，用現(xiàn)場實驗和數(shù)學模型技術(shù)，對地熱儲的溫度分布、滲透性分布等指標提出專業(yè)化意見，以達到最優(yōu)化可持續(xù)開發(fā)，支撐規(guī)模效益。

　　雄縣的地熱開發(fā)模式，是否可以復制到中國更廣大的北方地區(qū)？

　　據(jù)估計，中國擁有全球約六分之一的地熱資源，地熱能發(fā)展?jié)摿薮?。其中，以青藏高原為核心，北至新疆喀什，南到滇西、川西，蘊藏著極為豐富的高溫地熱。如西藏八井地熱電站使用的地下熱水，最高溫度可達260度；四川西部的康定，地下200米就可達到218度的高溫，特別適合開發(fā)出來用作高溫發(fā)電；東部也有豐富的中低溫地熱資源，主要集中在松遼盆地、渤海灣盆地、江漢盆地等處，冬可供采暖，夏可供制冷。然而截至2015年，中國的地熱發(fā)電量僅為冰島的15%。

　　龐忠和對《中國新聞周刊》說，根據(jù)中國現(xiàn)在的經(jīng)濟和技術(shù)水平，想要低成本、高效率地開發(fā)地熱，應先到地熱集中的地區(qū)，既要資源充足又要市場需求方可擴大規(guī)模，才能將“雄縣模式”加以復制。

　　對于資金問題，龐中和持樂觀態(tài)度。他說，現(xiàn)在已有越來越多的民營企業(yè)進入地熱開發(fā)領(lǐng)域，未來將會有更多資本進來，并非只有國企才具有資源開發(fā)的實力，“只要有利可圖，錢根本不是問題”。政府可以做的，是理順礦權(quán)、環(huán)保等管理環(huán)節(jié)，加大資源勘查評價投入，降低企業(yè)的投資風險。

　　雄安新區(qū)第一個具體投資領(lǐng)域

　　根據(jù)國家發(fā)改委、國家能源局和國土資源部聯(lián)合發(fā)布的《地熱能開發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》，到2020年，河北計劃新增“淺層地熱能供暖/制冷面積”7000萬平方米，新增“水熱型地熱能供暖面積”1.1億平方米。

　　目前，新星公司目前在全國開發(fā)的供熱面積達2600萬平方米，其中河北1200多萬平方米，包括雄縣、容城、霸州、辛集、固城、蔚縣、東光等地。今年4月，設(shè)立雄安新區(qū)的消息公布后，新星公司宣布，2017年計劃在雄安新區(qū)新增清潔能源供暖面積1000萬平方米。“地熱能”成為雄安新區(qū)第一個得到確認的具體投資領(lǐng)域。

　　2016年6月，京津冀協(xié)同發(fā)展專家咨詢組組長、中國工程院主席團名譽主席徐匡迪專程到雄縣參觀地熱開發(fā)情況，參觀結(jié)束后，在新星公司雄縣分公司的會議室開了個閉門會議。受到如此高度重視，公司上上下下都很激動，但孫彩霞說，“當時誰也想不到，未來這里會上升到雄安新區(qū)那么高的級別。”

　　據(jù)龐忠和說，雄縣考察結(jié)束后，徐匡迪回到北京，又參加了中國地熱產(chǎn)業(yè)規(guī)劃和布局戰(zhàn)略研究座談會。龐忠和也參加了會議，他回憶說，徐匡迪在會上用“不鬧脾氣”來形容地熱能的連續(xù)性和穩(wěn)定性，并要求大家積級向社會推廣地熱能源。龐忠和說，“當時感受到的是地熱發(fā)展受到了國家的重視，現(xiàn)在看來，也和雄安新區(qū)的謀劃相關(guān)。”

　　根據(jù)規(guī)劃，雄安新區(qū)將建成“藍綠交織、清新明亮、水城共融、多組團集約緊湊發(fā)展的生態(tài)城市”，于是“地熱+”的多能互補方案成為率先被提出的供暖方案，配套補充能源也依然以天然氣、太陽能、風能等清潔能源為主。2017年6月14日，國土資源部中國地質(zhì)調(diào)查局支撐服務雄安新區(qū)規(guī)劃建設(shè)的地質(zhì)調(diào)查工作正式拉開帷幕。地質(zhì)調(diào)查提出四大目標之一就是“打造全球地熱利用樣板”。根據(jù)中國地質(zhì)局8月23日公布的雄安新區(qū)地質(zhì)調(diào)查第一階段結(jié)果，起步區(qū)地熱可滿足3000萬平方米建筑面積。

　　雄縣副縣長呂偉介紹說，雄縣地熱自采自供仍有富余，曾有過遠距離送熱的計劃，支援周邊資源較少的地區(qū)，但目前，一切都要等雄安新區(qū)總體規(guī)劃編制完成，再圖發(fā)展。（記者/李明子）