地?zé)豳Y源可以這樣利用

京津冀地?zé)豳Y源梯級綜合開發(fā)利用(獻縣)科研基地內(nèi)的地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)。 記者袁偉華攝

[閱讀提示]

“有深度就有溫度”。

向地球深部進軍，地?zé)豳Y源被寄予調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)綠色、清潔、低碳、可持續(xù)發(fā)展的厚望。

我省的地?zé)豳Y源開發(fā)利用始于20世紀(jì)八十年代，目前主要用于地?zé)峁┡?、療養(yǎng)洗浴、種植養(yǎng)殖等，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有發(fā)揮出地?zé)豳Y源寶藏的全部作用。

近日，京津冀地?zé)豳Y源梯級綜合開發(fā)利用(獻縣)科研基地發(fā)布階段性科研成果，宣布以地?zé)岚l(fā)電、供暖兩級利用為先導(dǎo)的梯級綜合開發(fā)利用模式初步形成。

在能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，尤其是大力推動清潔能源的背景之下，河北地?zé)豳Y源利用現(xiàn)狀如何?記者對此進行了調(diào)查。

地?zé)崂枚嘁患?/p>

京津冀地?zé)豳Y源梯級綜合開發(fā)利用(獻縣)科研基地內(nèi)的地?zé)峋?記者袁偉華攝

10月24日，滄州獻縣東北部梅莊洼農(nóng)場，京津冀地?zé)豳Y源梯級綜合開發(fā)利用(獻縣)科研基地坐落在農(nóng)場主路旁邊，顯得很不起眼。

不久前，這個基地召開階段性科研成果發(fā)布暨學(xué)術(shù)研討會，宣布京津冀地?zé)豳Y源梯級綜合開發(fā)利用模式初步形成。

這個看起來平淡無奇的基地，藏著什么樣的秘密?

“奧秘在腳下2000米-4000米的地下。”省煤田地質(zhì)局水文地質(zhì)隊總工程師牛小軍跺了跺腳，指著一口用水泥筑就井口的深井告訴記者，這是一口深4000米的地?zé)峋?，旁邊還分布著2000米和2500米深的兩口地?zé)崽讲山Y(jié)合井?？蒲谢赝ㄟ^這三口井，打開了一個地?zé)豳Y源利用的全新“空間”。

為積極推動全省乃至京津冀地區(qū)能源消費結(jié)構(gòu)調(diào)整，促進地?zé)豳Y源高效利用，建立可復(fù)制、可推廣的新模式，從2017年開始，省煤田地質(zhì)局與自然資源部中國地質(zhì)調(diào)查局水環(huán)所在前期地?zé)峥辈榈幕A(chǔ)上，聯(lián)合浙江陸特能源科技有限公司，在獻縣共同建設(shè)了京津冀地?zé)豳Y源梯級綜合開發(fā)利用(獻縣)科研基地。

牛小軍介紹，這個基地的技術(shù)成果主要體現(xiàn)在兩個方面，一是在3790米探獲“高于莊組”新的中溫?zé)醿?，其中地?zé)峥茖W(xué)探測孔孔底溫度近110℃，孔口溫度103.5℃，是目前華北平原區(qū)此類熱儲探測到的最高溫度。

另一個成果是，科研基地綜合利用“高于莊組”和“霧迷山組”熱儲地下熱水，實現(xiàn)首期280千瓦地?zé)岚l(fā)電和3萬平方米建筑物供暖兩級綜合利用，形成了京津冀深部碳酸鹽巖熱儲高效利用新模式，兩級地?zé)崮?/strong>綜合利用率達到75.8%，達到了國際先進水平。

“簡單來說，我們利用新探獲的地?zé)豳Y源，在京津冀地區(qū)率先實現(xiàn)了地?zé)岚l(fā)電，并進一步探索了多級利用。”牛小軍說。

這里的地?zé)崮馨l(fā)電?

記者看到，與普通電廠迥然不同的是，除了隱藏在地下的三口井和由密密麻麻的管網(wǎng)連接著的幾組集裝箱式設(shè)備之外，這里似乎沒有任何跟發(fā)電沾邊的設(shè)備。

牛小軍說，地?zé)岚l(fā)電是以地下熱水和蒸汽為動力源的一種發(fā)電技術(shù)，實際上就是把地下的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，然后再將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿哪芰哭D(zhuǎn)變過程。

“地?zé)崴鰜碇螅M入我們裝配的有機朗肯循環(huán)(ORC)發(fā)電機組，進口溫度為95℃，出口溫度為72℃。”牛小軍說，目前基地的地?zé)岚l(fā)電供科研基地自身日常使用。

但這個供自身使用的地?zé)岚l(fā)電機組，對整個京津冀地區(qū)來說卻有特殊意義。

“當(dāng)前，我省能源消費結(jié)構(gòu)不盡合理。來自省能源局的數(shù)據(jù)顯示，2017年在全省能源消費結(jié)構(gòu)中，煤炭消費占比達83.71%，而全國平均水平為60.4%。能源結(jié)構(gòu)調(diào)整勢在必行。”省煤田地質(zhì)局副局長張貴雙表示，地?zé)崾且环N清潔、高效、可循環(huán)利用的能源。我省地?zé)豳Y源豐富，地?zé)豳Y源儲量位居全國前列，具有資源豐富、分布廣、易開采等特點。大力開發(fā)利用地?zé)?，對于我省能源結(jié)構(gòu)調(diào)整具有重要的現(xiàn)實意義。

在中國工程院院士武強看來，當(dāng)前京津冀地區(qū)乃至全國地?zé)豳Y源開發(fā)利用方式較為單一，主要用于供暖、洗浴等，綜合利用或梯級利用程度較低，未形成區(qū)域特色產(chǎn)業(yè)。尤其是在地?zé)岚l(fā)電領(lǐng)域，尚沒有規(guī)?；?、持續(xù)性的地?zé)岚l(fā)電項目。

而此次基地的科研成果，應(yīng)用ORC發(fā)電技術(shù)，平均發(fā)電效率高達10%，在國內(nèi)外同等資源和環(huán)境條件下，實現(xiàn)了較高的地?zé)岚l(fā)電效率。

據(jù)測算，科研基地地?zé)岚l(fā)電項目全年運行8000小時，年平均發(fā)電256萬度，可替代標(biāo)準(zhǔn)煤1024噸，減排二氧化碳2443噸。

“雖然目前科研基地發(fā)電規(guī)模還不是很大，但示范意義卻十分重大?？蒲谢氐某晒?，將為京津冀地區(qū)特別是雄安新區(qū)乃至全國中低溫地?zé)岚l(fā)電提供可復(fù)制、可推廣的新技術(shù)、新應(yīng)用。”科研基地首席科學(xué)家、中國地質(zhì)調(diào)查局水環(huán)所副總工程師王貴玲說。

終極目標(biāo)是“吃干榨凈”

梅莊洼農(nóng)場地?zé)峁┡艿?。記?袁偉華攝

11月7日，立冬，受一股冷空氣影響，整個華北地區(qū)氣溫驟降。

但是，梅莊洼農(nóng)場的老職工王獻生對今冬的取暖問題一點也不擔(dān)心。因為科研基地發(fā)完電之后的地?zé)崴?，仍可?0℃左右的溫度進入農(nóng)場的供熱管道，為700多職工3萬多平方米的生活和辦公用房供暖。

這是對地?zé)崴亩壚谩?/p>

王獻生曾經(jīng)關(guān)注過泵房里的水溫數(shù)據(jù)，去年，地?zé)峁┡墓┧疁囟仁?2℃，回水溫度竟然還高達55℃。

“屋里不能加太多暖氣片，否則會特別熱。”王獻生說，以前過冬燒了40多年的爐子，現(xiàn)在可以像城里人一樣用暖氣了，“關(guān)鍵咱還是地?zé)?，一點污染都沒有。”

7公里以外的獻縣縣城，絕大部分的城區(qū)集中供暖面積，都是用地?zé)醽砉┡摹?/p>

“獻縣地?zé)崽锸侨A北地區(qū)最優(yōu)質(zhì)的地?zé)崽镏唬械蜏氐責(zé)崽镌谌h境內(nèi)均有不同程度的分布。”王貴玲給記者做了個簡單科普，獻縣正好位于地質(zhì)學(xué)上的滄縣臺拱帶上，地?zé)崴癫厣疃冗m中、溫度高、水量大、易回灌，這為獻縣較早用上地?zé)豳Y源創(chuàng)造了條件。

獻縣副縣長王展鵬介紹，獻縣早在1999年就將地?zé)釕?yīng)用于縣城供暖。十幾年來，縣里不斷研究和引進新技術(shù)、新工藝，擴大地?zé)峁┡娣e。

到2017年底，全縣城區(qū)地?zé)峁┡娣e352萬平方米，占城區(qū)集中供暖面積的99.2%，每年節(jié)約燃煤3.5萬噸，減少二氧化碳排放8.4萬噸，減少煙塵排放296噸。

而距獻縣70公里的雄縣，也已探索出地?zé)岽喝∨姆绞健?/p>

據(jù)了解，雄縣地?zé)豳Y源也非常豐富。全縣約六成面積蘊藏地?zé)豳Y源，地?zé)崴畠α?21億立方米，地?zé)岢鏊疁囟茸畹鸵灿?5攝氏度，可替代66.3億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

如今，雄縣建成區(qū)已淘汰燃煤鍋爐，實現(xiàn)地?zé)峒泄┡?，積極推進地?zé)峁┡娲r(nóng)村散煤供暖，每年可替代標(biāo)準(zhǔn)煤12萬噸，縣城基本實現(xiàn)二氧化碳、二氧化硫和粉塵零排放。

近年來，我省在大力推廣清潔供暖，實行“電代煤”“氣代煤”等新型供暖方式的背景下，利用地?zé)峁┡呀?jīng)成為不少地?zé)豳Y源豐富地區(qū)的新選擇。

記者采訪得知，我省明確，今年在石家莊、保定、滄州、衡水、邢臺、邯鄲等6個設(shè)區(qū)市和定州、辛集兩市的平原地區(qū)，優(yōu)選地域相對集中的試點村開展不超過2000戶地源熱泵取暖試點，為農(nóng)村地區(qū)地源熱泵和地?zé)崛∨囊?guī)?；茝V積累經(jīng)驗。同時，選擇條件較好的中心村和特色小鎮(zhèn)，因地制宜打造“地?zé)岽?rdquo;和“零碳小鎮(zhèn)”示范項目。

從利用比重上來看，我省地?zé)豳Y源目前主要應(yīng)用于三個方面：供暖、療養(yǎng)洗浴、農(nóng)業(yè)種植養(yǎng)殖。

以獻縣為例，在開發(fā)利用占比中，供暖占到了97.2%，洗浴占1.5%，種植占0.17%。

此外，還有少量地?zé)岜粦?yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。

比如，在燕京啤酒有限公司，啤酒制作的蒸煮、糖化、發(fā)酵、糊化等工藝流程中，大量采用地?zé)崮?，年?jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤8千余噸。舒美牙刷有限公司年產(chǎn)各類牙刷2.5億支，該公司充分利用地?zé)崮軐ρ浪⑦M行整形，節(jié)約大量替代能源。

然而，在省煤田地質(zhì)局地質(zhì)科技處處長李學(xué)文看來，把地?zé)豳Y源主要用于溫泉洗浴、供暖，還沒有充分挖掘出地?zé)岬木C合效益。

“將寶貴的地?zé)崴畯牡叵鲁樯蟻砗螅唵蔚厥褂靡淮尉突毓嗷厝?，這是巨大的浪費。”李學(xué)文說。

探索地?zé)豳Y源梯級利用的目標(biāo)，就是要探索如何科學(xué)地將一次性抽取上來的地?zé)崴M行多級利用，將其中的能量“吃干榨凈”，再環(huán)保、規(guī)范地回灌到地下。

導(dǎo)致地?zé)釤o法實現(xiàn)梯級利用的原因有很多，比如地?zé)崽锏淖陨項l件不具備、綜合應(yīng)用的技術(shù)水平不夠、前期開發(fā)的資金投入不足、模式不夠成熟等。

不過，科研基地將地?zé)岬奶菁壚媚Ｊ阶兂闪爽F(xiàn)實：利用先進的ORC發(fā)電技術(shù)，地?zé)崴扔糜诘責(zé)岚l(fā)電;隨后，發(fā)電尾水進入供暖管道進行供暖。最后將“吃干榨凈”后的低溫尾水經(jīng)過處理后，科學(xué)、環(huán)保地回灌到地下。這形成了“一次取水、多次利用”的地?zé)崴菁壚眯履Ｊ剑瑢崿F(xiàn)了地?zé)豳Y源效益的最大化。

據(jù)介紹，科研基地地?zé)崮芫C合利用率達到75.8%。財務(wù)分析顯示，靜態(tài)投資回收期為7.75年，內(nèi)部年收益率為12.16%，高于行業(yè)平均水平，具有較好的經(jīng)濟性。

未來，科研基地還可開展特色農(nóng)業(yè)利用，達到地?zé)岚l(fā)電、供暖、農(nóng)業(yè)種植養(yǎng)殖三級利用。

梅莊洼的科研基地，建設(shè)規(guī)劃用地足足有22萬平方米，其中20萬平方米為一般農(nóng)田用地，未來將建設(shè)地?zé)嵘鷳B(tài)農(nóng)業(yè)園，2萬平方米用于建設(shè)地?zé)岚l(fā)電、地?zé)峁┡囼炚镜取?/p>

“目前京津冀及周邊地區(qū)是全國大氣污染最嚴(yán)重的區(qū)域。”武強認(rèn)為，獻縣科研基地梯級綜合利用的新模式，將為京津冀地區(qū)乃至全國地?zé)豳Y源規(guī)?；_發(fā)利用提供可借鑒、可復(fù)制的新模式，對于京津冀地區(qū)乃至全國優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、改善大氣環(huán)境、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟具有重要的示范意義。

王貴玲表示，科研基地使用的技術(shù)先進，運行效果良好，具有很好的示范效應(yīng)和推廣前景。

科學(xué)回灌是保護關(guān)鍵

京津冀地?zé)豳Y源梯級綜合開發(fā)利用(獻縣)科研基地效果圖。 記者袁偉華攝

地?zé)崂茫熬皬V闊，但地?zé)峋毓嗖坏轿皇悄壳暗責(zé)崂眠M程中亟待解決的現(xiàn)實問題。

牛小軍表示，深層地?zé)崮苜Y源往往埋藏深，地下熱水補給緩慢且補給量小，若長期無回灌地持續(xù)開采，必將造成地下水位持續(xù)下降，不但會造成地?zé)崮茉蠢速M，而且會導(dǎo)致地?zé)豳Y源枯竭。

“地?zé)豳Y源梯級綜合利用的關(guān)鍵一環(huán)，是要對充分利用的地?zé)崴M行科學(xué)回灌。”牛小軍表示。

然而，為什么地?zé)崴毓噙@么難?

有業(yè)內(nèi)專家表示，首先，由于各地區(qū)地?zé)豳Y源勘查程度、評價精度較低，有些地區(qū)對資源承載力的底數(shù)摸不清，在地?zé)豳Y源的開發(fā)、利用、保護方面規(guī)劃不足，導(dǎo)致過度開采或無序使用情況較多。

其次，目前回灌井造價不菲，視不同地質(zhì)條件，打井的成本在每米1500元-2000元。而且現(xiàn)階段巖溶裂隙型熱儲回灌技術(shù)已經(jīng)比較成熟，孔隙型熱儲回灌技術(shù)仍需進一步完善。

牛小軍說，獻縣科研基地探索的梯級綜合利用模式，一組地?zé)峋?∶1或1∶2的回灌井，且回灌地?zé)嵛菜?jīng)過處理，不產(chǎn)生污染。

在獻縣，當(dāng)?shù)匾钥茖W(xué)規(guī)劃為前提，探索實施采灌結(jié)合和棄水利用等技術(shù)，培養(yǎng)全民節(jié)約意識，在地?zé)豳Y源勘探、開發(fā)、利用、保護等方面走出了一條低碳循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展路徑，形成了具有獻縣特色的地?zé)峤?jīng)濟發(fā)展模式。

王展鵬說，獻縣自2012年即開始進行回灌井實驗，目前，該縣所有取暖地?zé)峋讶繉崿F(xiàn)回灌，但盡管如此，回灌量仍達不到100%，仍會有少量尾水流失。

為徹底解決這一問題，獻縣和省煤田地質(zhì)局水文隊合作，正積極研究新型利用和回灌方式，確保實現(xiàn)100%回灌，確?？茖W(xué)、持續(xù)地利用地?zé)豳Y源。

張貴雙說，《河北省地?zé)崮荛_發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》中對全省地?zé)崮艿拈_發(fā)利用有一條基本原則，即堅持管理促發(fā)展，開發(fā)保護并重。未來成熟后的地?zé)豳Y源梯級利用模式，不僅能夠大大提高地?zé)豳Y源的綜合利用率，還將按照“采灌平衡”“取熱不取水”的原則，實現(xiàn)資源開發(fā)與環(huán)境保護雙贏。 (記者袁偉華)

■記者觀察

地?zé)岚l(fā)電如何“熱”起來

雖然科研機構(gòu)和企業(yè)對地?zé)岚l(fā)電信心滿滿，地?zé)岚l(fā)電技術(shù)也日趨成熟、模式不斷創(chuàng)新，但離“熱”起來還有一段距離。

在國內(nèi)，除了1977年建成并沿用至今的西藏羊八井地?zé)犭娬局?，國?nèi)地?zé)犭娬究芍^乏善可陳。

2017年1月，國家發(fā)改委印發(fā)《地?zé)崮荛_發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》，規(guī)劃中對于地?zé)岚l(fā)電提出了新增地?zé)岚l(fā)電裝機容量500兆瓦的目標(biāo)。但是據(jù)了解，目前全國地?zé)岚l(fā)電裝機僅為30兆瓦。

事實上，目前地?zé)岚l(fā)電在技術(shù)上已日趨成熟，500兆瓦的目標(biāo)并不算大，但是在缺乏電價補貼支持的現(xiàn)實情況下，地?zé)岚l(fā)電很難起步，有沒有電價補貼成為地?zé)岚l(fā)電能否“熱”起來的關(guān)鍵。

早在20世紀(jì)70年代全球石油危機時，我國地?zé)岚l(fā)電行業(yè)曾進入一個短暫的發(fā)展期。

“當(dāng)時中國的地?zé)岚l(fā)電技術(shù)水平在國際上一度走在前列，但現(xiàn)在我國排名已經(jīng)跌落到18位左右。”曾經(jīng)成功設(shè)計和開采了羊八井地?zé)崽锔邷厣罹闹袊こ淘涸菏慷嗉寡裕?ldquo;我國地?zé)岚l(fā)電行業(yè)正在陷入‘不了解、不理解、不支持’的‘三不曲’之中。”

2013年1月，國家能源局、財政部、國土資源部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部聯(lián)合下發(fā)了《關(guān)于促進地?zé)崮荛_發(fā)利用的指導(dǎo)意見》，其中提出完善價格財稅扶持政策。

按照可再生能源有關(guān)政策，中央財政重點支持地?zé)崮苜Y源勘查與評估、地?zé)崮芄嶂评漤椖俊l(fā)電和綜合利用示范項目。按照可再生能源電價附加政策要求，對地?zé)岚l(fā)電商業(yè)化運行項目給予電價補貼政策。

但是，關(guān)于電價補貼的政策遲遲沒有落地。

在國外，許多國家針對地?zé)岚l(fā)電已經(jīng)采取了實質(zhì)性的支持，比如，法國地?zé)岚l(fā)電上網(wǎng)電價補貼后可以達到26歐分(約2元)/度，德國則為25.2歐分/度。

多吉表示，讓地?zé)岚l(fā)電“熱”起來，不僅僅是電價，包括土地使用優(yōu)惠、優(yōu)先上網(wǎng)保障等多個方面，都需要國家層面的系統(tǒng)政策支持。