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汪集暘院士:地热能的“前世、今生及未来”

  作者:汪集暘,中国科学院院士、中国地源热泵产业联盟名誉理事长汪集暘院士。

  汪院士:其研究领域为地下水,并由地下凉水(水资源)转为地下热水(地热资源),指出二者并无本质区别,都来自于大气降水,只是降水循环深浅不同,我们应将地球水圈视为整体,不应把地表水与地下水完全隔离开来。

01 地热的概念


  首先,汪院士提出了地热既是地球的本土能源,又是地球的未来能源。能源是人类赖以生存不可或缺的生活资料,人类的能源利用经历了从薪碳、木材到煤炭、石油、天然气的过程。核能和可再生能源将逐渐成为主要能源是能源界目前较为一致的看法。在可再生能源中,太阳能、风能、生物质能、海洋能都来自于太阳,只有地热是蕴藏于地球内部的热量。据研究显示,地球还有46亿年的生命,正处于其壮年期,仍在发生发展中。

02 开发地热的原因




  进而介绍了地热能具有资源量大、稳定、能源利用效率高等优点。相较于太阳能、风能等发电方式,地热发电在成本上具有竞争力,二氧化碳减排优势明显。地热在未来能源结构中贡献非常突出。根据曹耀峰院士统计,按照《国家能源十三五规划》,我国非化石能源占比将从2015年的12%,提高到2020年的15%。届时,在可再生能源3个百分点的增幅中,地热发电与非电直接利用可以占到1/3,与太阳能、风能等非化石能源并列,“三分天下有其一”。

03 地热开发利用现状

  紧接着,其讲述了地热资源类型与开发利用现状。水热型地热资源类型依据水温划分为低温(<90℃)、中低温(90℃-150℃)和高温(>150℃)地热资源。一般而言,高温水热型鼓励用于发电,中低温水热型建议非电直接利用。从全球来看,高温水热型地热资源主要分布于意大利、墨西哥、印尼、冰岛、菲律宾、日本、美国,主导了全球高温地热发电增长。我国以中低温水热型地热资源为主,高温水热型主要分布于滇藏、环太平洋带等区域。


  根据国际地热协会(IGA)2015年最新统计数据显示,全球地热发电总量为12.6GW,尽管与太阳能、风能发电量相比不算很大,但对于具有高温地热资源的国家而言却十分重要。


  我们国家对于地热开发利用非常重视,20多年来地热直接利用量一直占据世界第一。地热能的利用能够为冬季取暖、夏季制冷提供清洁能源,有助于节能减排和雾霾治理。我国雾霾成分与成因都非常复杂。本质上讲,燃煤是罪魁祸首,应大力开发地热取代燃煤,通过源头控制以减少污染物排放。



  京津冀地区是雾霾治理重点区域,作为国家级新区,雄安新区的能源建设备受重视,确定了雄县地区以地热为主的集中供热以代替燃煤的雄县模式。一方面,该地区地热资源得天独厚,异常丰富;另一方面,该地区也基本是雾霾最严重的地区。雄县模式的建立,推动了该地区大型岩溶热储的规模化可持续利用。许多国外学者参观到访后,在国际会议上表示中低温的地热利用要到中国雄县去看。




04 地热开发利用方向

  随后,根据我国地质条件与开发利用情况,其提出了地热能开发利用应遵循的几项原则。总体而言,是梯级开发、综合利用,从高温到低温,吃干榨净。

  第一,“热”、“电”并举,以“热”为主。我国以中低温地热资源为主的条件、雾霾治理的需求与东部供暖的大量刚需,决定了其主要利用方式为直接利用。 第二,“深”、“浅”结合,由“浅”及“深”。浅层地热能通常位于地表以下200m深度范围内;中低温水热系统深度大概在200m~3km,既有水又有热;高温地热能大概分布在3km以上,有热无水,称为干热岩,这部分地热资源量大但很难取。我国3km内水热系统尚有很大利用空间,应该结合我国地质、地热等资源条件与实际需求等实际情况进行合理利用。

  第三,“东”、“西”兼顾,“西”电“东”热。高温地热资源主要分布在西部,东部以中低温为主,不宜用于发电。第四,“干”、“湿”有度,先“湿”后“干”。先将湿的水热型地热系统用完后,再开辟其他类型。

  国家发改委、能源局及国土资源部于2017年2月联合发布了《地热能开发利用“十三五”规划》,以推动地热能规模化开发利用。提出京津冀北方城镇推广中深层地热集中供暖,长江中下游地区推广地源热泵供暖制冷应用,以及推进西藏高温地热发电项目建设和中低温地热发电试验。



  此外,我国东部包括大庆油田在内的一批油田,虽已进入开发后期,但其中隐藏着大量的地热资源,开发潜力巨大,油田可变热田。

05 展 望

  报告最后,汪院士展望了未来新能源和可再生能源的发展方向。强调了地热是非常宝贵的地球本土能源与极有希望的未来能源,一定要大力开发、科学开发。提出并倡导发展“地热+”的概念,即应将地热能的开发利用与太阳能、风能、生物质能、海洋能结合,做到“天”(太阳能)“地”(地热能)合一、“动”(风能)“静”(地热能)结合,综合开发利用、多重互补。

  当前地热开发利用已进入了新阶段。瑞士学者于目前所做研究中,提出了“地球电池”的构想,试图将地下热水储层变成能够储存能量的储热层,并依据我国弃风弃电数据制图,指出了这部分能量可以储存于地下热储层或含水层以备用。由此可见,地热能作为未来能源的前景不可估量。

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