自去年以來，我國多省市關(guān)停取締了大量違法、違規(guī)地熱井，引發(fā)社會廣泛關(guān)注。近期，多省市召開地熱井整改、關(guān)停工作調(diào)度會，水熱型地熱發(fā)展再度引發(fā)業(yè)內(nèi)熱議。我國水熱型地熱利用的未來發(fā)展方向是什么?如何切實加強地熱高效取水和有效回灌技術(shù)的研究?亟需業(yè)內(nèi)人士更多思考。

2021年9月9日下午，由中國技術(shù)監(jiān)督情報協(xié)會地熱產(chǎn)業(yè)工作委員會、北京中航環(huán)宇新能源研究院共同主辦，地熱加APP、《中國地熱》雜志聯(lián)合承辦的“地熱加·水熱型地熱的未來”線上公益研討會在線上召開。多位知名地熱專家大咖同近300名與會人員，探討交流了水熱型地熱未來發(fā)展趨勢及方向，助力地熱產(chǎn)業(yè)持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展。

因地制宜：地熱能開發(fā)與管理的真諦

今年年初，國家能源局發(fā)布《關(guān)于因地制宜做好可再生能源供暖工作的通知》，提出“因地制宜推廣各類可再生能源供暖技術(shù)”。《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》著重提出，“因地制宜開發(fā)利用地熱能。”

對此，中國地熱產(chǎn)業(yè)工作委員會專家委員會主任鄭克棪指出，因地制宜的提出“正確而及時”。他說，地球是世界最大的不均質(zhì)體，世界各地儲存地熱資源的地熱田全都處在不同的地質(zhì)條件中，地熱開發(fā)不可能服從某個統(tǒng)一的模式，地熱管理也決不是一刀切。

“地熱資源的分布受地質(zhì)條件約束控制，各地有溫度高低，熱水中礦物質(zhì)含量有多寡，它們分別適宜各自不同的可利用方式”。鄭克棪進一步指出，因地制宜就是根據(jù)當?shù)刭Y源的具體情況，采用不同的地熱開發(fā)利用方式。比如，高溫地熱可以發(fā)電;發(fā)電后溫度降低了可以供暖;溫度不夠了可以采用熱泵。熱水礦物質(zhì)少的可直接送入管線供暖;但礦物質(zhì)多的有腐蝕和結(jié)垢問題，要用熱交換器換熱后再輸送。

清潔供暖因地制宜還表現(xiàn)在技術(shù)和經(jīng)濟的可行性分析方面。鄭克棪介紹，選擇最佳供暖方案要做技術(shù)和經(jīng)濟可行性分析，技術(shù)效率差不多的就選更經(jīng)濟便宜的。“水熱型地熱資源條件好的地區(qū)，地熱供暖最適宜，但若那里地熱條件不好，不適宜鉆地熱井，那就選其他的方法。”

因地制宜原則還涉及地熱資源管理。在國外，一個公司承擔一個地熱田的開發(fā)，熱儲工程專業(yè)的工程師在負責各項監(jiān)測和構(gòu)建模型擬合時，隨時以數(shù)據(jù)指導(dǎo)開發(fā)方案作必要的調(diào)整，自成一個系統(tǒng)。而在中國，地熱開發(fā)管理現(xiàn)狀較亂，各地的管理機構(gòu)地熱管理處有屬于自然資源系統(tǒng)，也有屬于水務(wù)系統(tǒng)，還有屬于建設(shè)系統(tǒng)的單位。

“地熱管理應(yīng)該實施專業(yè)的管理，尊重地熱資源開發(fā)因地制宜原則，盡量簡化，越管越復(fù)雜繁瑣總不是方向。”鄭克棪強調(diào)，地熱的開發(fā)管理不是簡單的行政管理，要遵循科學(xué)、依靠技術(shù)。

資源豐富：水熱型地熱開發(fā)潛力巨大

水熱型地熱能利用是我國地熱產(chǎn)業(yè)“主力軍”。自2019年3月1日起實施的中華人民共和國能源行業(yè)標準NB/T 10097-2018《 地熱能術(shù)語》規(guī)定，水熱型地熱資源是指賦存于天然地下水及其蒸汽中的地熱資源。

據(jù)記者了解，水熱型地熱能源一般深度在4000米以淺，由地下水作為載體，可以通過抽取熱水或者水汽混合物提取熱量。水熱型地熱取暖技術(shù)通過開采井抽取地熱水，在換熱站將熱量傳遞給供熱管網(wǎng)中的循環(huán)水，后者輸送給用戶。

中國科學(xué)院院士汪集暘在致本次公益研討會的賀信中指出，“水熱型地熱相對于所謂‘干熱巖’埋藏淺、開發(fā)易、成本低、效率高，應(yīng)該是地熱資源開發(fā)利用的主力，結(jié)合我國的地質(zhì)構(gòu)造條件，無論東、西、南、北、中都有很大的開發(fā)潛力。”

“截止2019年底全國水熱型地熱供暖面積達到2.82億m²，年增長率達到12.4%，其中河北、河南、山東、天津等省市地熱供暖面積均已超過3000萬m²。”中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員龐忠和說。

據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2020年底，天津市水熱型地熱供暖面3812萬m²，淺層地熱約1291萬m²;河北省水熱型地熱供暖面積約6000萬m²，淺層地熱面積約4500萬m²;山東省水熱型地熱供暖面積約6100萬m²。

“京津冀魯豫是全國中低溫地熱資源開發(fā)早、利用規(guī)模大、利用技術(shù)較為先進的地區(qū)，對節(jié)能減排的貢獻也是非常大的。”天津地熱勘探開發(fā)設(shè)計院總工程師趙蘇民以天津為例介紹說，2020年地熱資源供熱總量約為740.89萬吉焦，折合標準煤25.28萬噸，減少二氧化碳排放量60萬噸，節(jié)能減排效益明顯。

中石化綠源地熱能開發(fā)有限公司技術(shù)總監(jiān)孫彩霞介紹，目前我國地熱資源年可利用量折合標煤0.21億噸，其中水熱型地熱開采率僅為0.2%，淺層地熱能開采率為2.3%，地熱資源的開發(fā)潛力巨大。

強化回灌：水熱型地熱利用重要舉措

地熱回灌是為避免地熱廢水直排引起地熱水位下降而采取的措施，同時也是保證地熱資源開發(fā)可持續(xù)利用的必要條件。近年來，業(yè)內(nèi)編制完成了NB/T 10099—2018《地熱回灌技術(shù)要求》、DZ/T 0330-2019《砂巖熱儲地熱尾水回灌技術(shù)規(guī)程》等標準。

為加大地熱回灌保護力度，河北省提出，補辦取水許可和采礦許可手續(xù)的地熱供暖項目，地熱尾水同層回灌量應(yīng)不低于95%。山東省提出，開采孔隙熱儲型地熱資源的回灌率不低于80%，開采巖溶熱儲型地熱資源的回灌率不低于90%。

中石化綠源公司自2009年進駐河北雄縣，逐步替代燃煤和原有直采直排系統(tǒng)，實現(xiàn)城區(qū)95%地熱集中供熱，打造了中國首座“無煙城”。孫彩霞在總結(jié)“雄縣模式”時說，其核心在于實現(xiàn)了區(qū)域化水熱型地熱開發(fā)的三個統(tǒng)一，即“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一開發(fā)、統(tǒng)一管理”。她稱之為“雄縣模式”是地熱能高效、高質(zhì)量發(fā)展的典范。

記者從孫彩霞展示的“雄縣城區(qū)地熱開采區(qū)塊某井2017-2021年水溫動態(tài)變化曲線圖”看到，從2017年到現(xiàn)在，地熱開采井的出口溫度，上下波動幅度幾乎沒有變化——從70度到70.8度，僅有不到1度的變化幅度。

孫彩霞展示的另一張圖片，“雄縣城區(qū)地熱開采區(qū)塊監(jiān)測井水位埋深(2011-2021)年動態(tài)曲線圖”呈現(xiàn)出近幾年雄縣地熱水位埋深的動態(tài)，其中2018年、2019年、2020年，這三年地熱水位幾乎保持穩(wěn)定。“上世紀70年代初開發(fā)地熱的時候地熱水是自噴的，后續(xù)幾年，水位埋深持續(xù)下降，為了地熱可持續(xù)開發(fā)，我們按照采灌均衡的模式，把地熱水回灌下去，近幾年水位基本持平了。”孫彩霞說，“這是近幾年我們完全實現(xiàn)地熱回灌，另外雄縣周邊關(guān)停取締非法開采井所帶來的一個效果。”

地熱回灌有力地促進了地熱資源可持續(xù)利用。經(jīng)記者核實，2004年北京小湯山地熱田加大生產(chǎn)性回灌后，2005～2007年連續(xù)3年水位上升1.20m、0.84m、0.35m，上升幅度2.39m。2017年北京9個地熱田繼續(xù)開采和回灌的監(jiān)測，小湯山、城區(qū)、良鄉(xiāng)、天竺4個地熱田均出現(xiàn)水位上升，上升幅度在0.33m～1.28m。

把脈方向：共話水熱型地熱發(fā)展趨勢

地熱健康可持續(xù)發(fā)展，離不開強監(jiān)管、嚴規(guī)范。趙蘇民說，加強用途管控是水熱型地熱未來發(fā)展方向之一，通過用途管控，來保證地熱資源的規(guī)范化管理。

“十四五”期間，天津市新立礦業(yè)權(quán)只用于供暖，不再新增生活用水用途。除天津外，北京市規(guī)劃和自然資源委員會近期發(fā)布的《北京市礦產(chǎn)資源總體規(guī)劃(2021-2025)(草案)》對地熱資源開發(fā)應(yīng)用亦強調(diào)了“強化用途管控”——促進現(xiàn)有的非供暖用途的采礦權(quán)向供暖利用轉(zhuǎn)型，不能實現(xiàn)供暖轉(zhuǎn)型的采礦權(quán)到期后不再延續(xù)。

除了管理層面，在技術(shù)應(yīng)用方面來講，龐忠和認為“多能互補”是水熱型地熱未來發(fā)展的新方向。他介紹，將“穩(wěn)定”的地熱能與不穩(wěn)定的風(fēng)能、太陽能、工業(yè)余熱等相結(jié)合，即“地熱+”多能互補儲/供能系統(tǒng)。以雄安新區(qū)起步區(qū)為例，規(guī)劃通過“地熱+”中深層地熱供能模式實現(xiàn)供暖制冷面積1億平方米。

龐忠和介紹，在地熱資源條件好的地方，為了擴大地熱水可利用范圍，提高地熱能利用率，可將不同使用目的、不同使用溫度要求的換熱設(shè)備通過串聯(lián)運行的方式，將地熱流體的熱量由高溫到低溫逐級提取利用。

地熱產(chǎn)業(yè)持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展，離不開政府頂層設(shè)計。趙蘇民認為，政府部門“聯(lián)合審批”是水熱型地熱未來發(fā)展的重要方向。以天津市為例，2012年，天津市國土資源和房屋管理局(現(xiàn)為天津市規(guī)劃和自然資源局)會同天津市水務(wù)局，以會議紀要的形式確定了對水熱型地熱項目進行聯(lián)合審批。“聯(lián)合審批包括遞交項目申請，如何進行初審、開專家論證會、如何進行驗收等一系列過程都做了會議紀要。”趙蘇民進一步說，從2012年開始到現(xiàn)在，天津還在延續(xù)這樣的做法，而且兩個局之間對水熱型地熱項目的管理政策更加統(tǒng)一，也更加明晰，操作起來也更加方便。

正視問題：尊重規(guī)律，加強行業(yè)自律

“目前來講，回灌可能是制約水熱型地熱項目能否得到生存的一個最主要的因素。”趙蘇民說，早些年天津以開發(fā)為主，目前以規(guī)范為主。“十四五”期間，天津地熱項目將全部按照規(guī)范來執(zhí)行。“規(guī)范整頓不合規(guī)的地熱井，期限到2022年10月底，到期未補建回灌井，即使采礦權(quán)證未到期也將全部封停。”

“目前水熱型地熱開發(fā)存在系統(tǒng)思維問題，這其中包括政治思維、管理思維、技術(shù)思維等，需要綜合考慮。”他認為，目前業(yè)內(nèi)一些企業(yè)沒有按照水熱型規(guī)律去做，而是按照企業(yè)自身的需要去做，“想取多少地熱就開發(fā)多少地熱，回灌不了我不管，缺乏一個系統(tǒng)思維”。

“河北肅寧縣為加大地熱回灌率，2200-2300米深的地熱井目前基本上‘一采兩灌’。”趙蘇民表示這是在河北嚴格政策下，保護地熱資源、可持續(xù)開發(fā)，加大地熱回灌力度的一個典范，“如何在政府的監(jiān)管下，做好水熱型地熱可持續(xù)開發(fā)，這里面有很多工作要做。”

他特別指出，目前地熱行業(yè)缺乏自律，“如何來規(guī)范約束我們自身的行為非常重要，如果我們自己做不好，市場上五花八門各種技術(shù)，而且這些新技術(shù)的能效或者說其貢獻到底有多大，還有待商榷。”

“現(xiàn)在水熱型地熱在某些地方被嚴格封井取締，水熱型地熱似乎做錯了什么，實際上水熱型地熱資源本身并沒有錯，我們一定要按照水熱型地熱資源開發(fā)利用規(guī)律，規(guī)范化的去做好我們自身的工作，我想水熱型地熱資源開發(fā)前景仍然是非常好的。”趙蘇民說。

(注：原文刊登于2021年9月刊《中國地熱》雜志)