社會

雄安冬季供熱全城無煙靠什麼?

“地熱+”的多能互補方案

成為率先被提出的雄安新區供暖方案

全城無煙:

地熱能開發有了“雄安模式”

《中國新聞週刊》記者/李明子

本文首發於總第824期《中國新聞週刊》

“雄縣沒有煙囪,你看,這裡是無煙城。”中國石化綠源地熱能開發有限公司(下簡稱“綠源公司”)技術總監孫彩霞驕傲地說。

雄縣位於河北省中部,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、東北地區的冬季空氣質量一直不佳,河北多個城市尤甚。但這個地處京津冀中心的小縣城,由於從2009年開始大規模使用地熱能集中供暖,形成在國內具有樣板意義的地熱開發利用“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%以上的建築。據綠源公司統計,2013年雄縣地熱供暖CDM(清潔發展機制)專案在聯合國註冊後,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,相當於種植了500多萬棵樹。

今年4月,設立雄安新區的訊息公佈後,新區內雄縣的熱能開發備受關注。據公開資料,雄安新區啟動區面積為30平方公里,將構建成“藍綠交織、清新明亮、水城共融、多組團集約緊湊發展的生態城市”,“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《開發雄縣地熱資源合作協議》的那天,正好下著大霧。雄縣位於白洋澱的東北方向,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,雄縣地熱的發現,源於華北油田的勘探。這是上世紀70年代由時任全國科協副主席、中科院副院長李四光開啟的全國“地熱會戰”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,就是岩石和地下水裡面的熱。”中國科學院地質與地球物理研究所地熱資源研究中心主任龐忠和向《中國新聞週刊》解釋。在所有地熱形式中,水熱型最容易開採利用,直接把熱水抽上來利用;如果地下水不夠,還可以人工注水,通過和岩石交換熱量,注入涼水,抽出熱水。

太陽能、風能有不穩定性,天然氣燃燒後仍會產生二氧化碳、一氧化碳、水蒸汽等排放物,相比之下,地熱是最穩定、最清潔的零排放綠色能源

“雄縣水質好,地熱水打上來直接就能用。很多人隨便打口井,就弄個澡堂子經營。”王金鎖對《中國新聞週刊》回憶說,不少澡堂附近居民接個管子把熱水引到家裡取暖,就成了“地熱取暖”。那時開發不具規模,打井後地熱水能自噴到地面以上十幾米高。

雄縣的地熱田位於牛駝鎮。1988年出版的《華北地熱》一書中記載了牛駝鎮地熱田的熱儲優勢,“埋藏淺、水溫高、儲量大、水質好”。孫彩霞說,“這是國內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,特別適合實現梯級利用;出水量平均為每小時50至70立方米,部分地區可達每小時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、醫院甚至個人紛紛打井取暖。“地熱能與其他礦產資源不同,不能直接買賣,時間長就冷了,沒人覺得其中有經濟價值。”綠源公司副總經理陳蒙輝說,因此最初開發時也沒有過多限制。當時,縣國土資源局下設專門的地熱辦,只要申請,一般都能得到批准。

這種狀況一直持續到2000年前後。房地產開發進入熱潮,如果小區有地熱供暖,價錢就高,全縣的小區紛紛打熱水井。當時沒有回灌技術,地熱水使用過後,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年前後,大量開採出的地熱水無處排放,都排到湖裡。湖面越來越大,誰也不知道水有多深。地熱水排出後依然有三四十度,湖水冬季不結冰,蒸發後在地面五六米高的空中形成霧氣帶,整個縣城如在仙境。有的小區隨意挖個排水坑,坑裡水滿了,外溢到公路上,地面結冰後形成交通安全隱患。

不只如此,雄縣地下水位也在迅速下降。自2000年後,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現狀,雄縣政府國土資源局就從國家開發銀行貸款1000餘萬元,成立了專門開發雄縣地熱資源的綠泉公司。同時規定,縣城規劃區域內,不再允許新增私人地熱井,今後將由綠泉公司統一負責地熱供暖。綠泉公司打了6眼地熱井,但很快就已經無法跟上房地產開發的速度了。

取暖是北方冬季極重要的民生問題。雄縣政府於昌從2009年初起就組織研討會,到北京各大院校和科研單位諮詢相關專家,試圖解決地熱供暖的困境,最後明確,有兩個環節必須解決:首先,必須引入地熱水回灌技術,以解決水位下降和環境汙染問題;其次,政府已經沒錢了,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業務的國有企業,旗下有一家專事地熱開發的國有企業,其下屬綠源公司是一家中冰合資企業,成立於2006年,總部坐落在有“中國地熱城”之稱的陝西省咸陽市。

冰島是地熱開發利用技術最先進的國家之一,其地熱開採能力已可以開採深達地下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電。

中國向冰島學習地熱開發技術可以上溯到上世紀。從1979年起,陸續有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,既可利用國有企業的資金優勢,又可以學習到冰島的先進技術,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發展的機會,於是一拍即合。

合作談判結束時,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。“得讓他們先幹”。

8月26日,籤合同前兩個月,陳蒙輝帶著6個人專案組入駐雄縣。當時,雄縣只有雄州路一條主幹道,路上連公交車站都沒有,不遠處就是大片麥地。專案組以雄州路上一家三層樓的酒店為根據地,馬路對面的小區還在建設施工,那裡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,她也曾在聯合國大學冰島地熱培訓中心進修,之後一直在冰島極地綠色能源公司任職。

孫彩霞對《中國新聞週刊》介紹說,首先要解決的是地熱水回灌問題,目前採用的技術,是將開採上來的地下水,通過換熱器“取走”熱量,之後再回灌到地下同一水層,以保持地下水位的平穩。這一過程被稱為“同層回灌”,早在1988年之前,法國巴黎就採用了這種技術,他們稱之為“對井採灌”。過去,一般採用一口生產井一口回灌井的“一採一灌”模式。在雄縣,為了提高地熱井的使用效率,陸續開發出“兩採一灌”和“五采三灌”的地熱井群模式。

而“取走”熱量,採用的也是取熱不取水的間接換熱法。簡單說,先由生產井將地熱水抽出,經軟化處理降低腐蝕性後,流入板式換熱器取熱,然後由回灌井將冷水重新注回地下水層;與此同時,另一套自來水迴圈系統將“熱”從換熱器上取走,經由錯綜蜿蜒的不鏽鋼管道送到千家萬戶,溫度降低後,回到換熱站重新取熱,如此迴圈往復,達到“取熱不取水”的效果。

這個過程頗為類似人體內氧氣在血液中的迴圈:肺泡從吸進的空氣中獲得氧氣,之後廢氣被排出體外;與此同時,動脈血中的血細胞從肺泡裡取走氧氣,運送到身體各個部位,變成含氧量低的靜脈血後,再回到肺部取氧。

雄縣地下水資源溫度高也是巨大的優勢。為了提高使用效率,新星公司採用的是梯級化利用技術。剛開採上來的地熱水,溫度高達70至80攝氏度,經過一級換熱板後最先為散熱器使用者供暖;約50度的一級地熱尾水進入二級換熱板,之後為地板輻射使用者供暖;約37度的二級地熱尾水進入三級換熱板後,再經熱泵機組提溫也可為地板輻射使用者供暖;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90餘口採熱井和回灌井,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%的建築實現了地熱能供暖。

在新星公司雄縣一處換熱站,《中國新聞週刊》記者看到,換熱站佔地約700平方米,在整個換熱站內部,粗細不一的管道盤根錯節,均由銀色保溫管包裹,電腦監控遍佈全站,各項資料可直接在位於辦公樓二層的“地熱調控指揮中心”時時監測。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,隨著電子監控技術的廣泛使用,即將採用無人值守模式,未來還將修建一座中央監控中心,可直接監控各個換熱站的運轉情況,甚至可以根據天氣的變化調節輸出的溫度。“資料通過感測器傳到系統上,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。

如何複製“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協議。整套合同參考、複製了雄縣模式。目前容城已開發了20口地熱井,供暖面積達到200多萬平方米。

2014年2月,全國地熱能開發利用現場交流暨地熱能利用工作會議在雄縣召開,黃河以北各省發改委的相關人員都來到雄縣。在這次會議上,新星公司提出了地熱開發的“雄縣模式”:通過以地熱為主的集中供熱代替傳統燃煤。他們總結,“雄縣模式”的成功得益於“四個統一”:統一政策,由政府統一制定地熱勘探、開發、執行維護、暖費貼費收取等方面的優惠政策;統一管理,成立地熱管理辦公室,對地熱能的綜合利用進行統一管理;統一規劃,編制的地熱發展專項規劃,納入城市建設和經濟發展總體規劃之中;統一開發,授予新星公司地熱資源開發特許經營權,進行整體開發。時任國家發改委副主任、國家能源局局長吳新雄在考察了雄縣的地熱開發情況後,將“雄縣模式”總結為“政府主導,政企合作,技術先進,環境保護,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”,最大的優勢是“一家主導,統一管理”。比如,以往的地熱開發,地熱井權屬分散,沒有形成規模,無法實現統一管理,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境風險。

而雄縣採用的模式是,政府將全縣地熱資源的特許經營權全部交給綠源公司,之後由綠源公司負責收購社會私井,改善供暖管網,最終形成了統一管理和調配,這時科研就發揮了最大作用。雄縣地熱開採形成規模之初,龐忠和受邀帶領科研團隊進入雄縣,著重研究尾水回灌問題,用現場實驗和數學模型技術,對地熱儲的溫度分佈、滲透性分佈等指標提出專業化意見,以達到最優化可持續開發,支撐規模效益。

雄縣的地熱開發模式,是否可以複製到中國更廣大的北方地區?

據估計,中國擁有全球約六分之一的地熱資源,地熱能發展潛力巨大。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,特別適合開發出來用作高溫發電;東部也有豐富的中低溫地熱資源,主要集中在鬆遼盆地、渤海灣盆地、江漢盆地等處,冬可供採暖,夏可供製冷。然而截至2015年,中國的地熱發電量僅為冰島的15%。

龐忠和對《中國新聞週刊》說,根據中國現在的經濟和技術水平,想要低成本、高效率地開發地熱,應先到地熱集中的地區,既要資源充足又要市場需求方可擴大規模,才能將“雄縣模式”加以複製。

對於資金問題,龐中和持樂觀態度。他說,現在已有越來越多的民營企業進入地熱開發領域,未來將會有更多資本進來,並非只有國企才具有資源開發的實力,“只要有利可圖,錢根本不是問題”。政府可以做的,是理順礦權、環保等管理環節,加大資源勘查評價投入,降低企業的投資風險。

雄安新區第一個具體投資領域

根據國家發改委、國家能源局和國土資源部聯合釋出的《地熱能開發利用“十三五”規劃》,到2020年,河北計劃新增“淺層地熱能供暖/製冷面積”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,設立雄安新區的訊息公佈後,新星公司宣佈,2017年計劃在雄安新區新增清潔能源供暖面積1000萬平方米。“地熱能”成為雄安新區第一個得到確認的具體投資領域。

2016年6月,京津冀協同發展專家諮詢組組長、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情況,參觀結束後,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,未來這裡會上升到雄安新區那麼高的級別。”

據龐忠和說,雄縣考察結束後,徐匡迪回到北京,又參加了中國地熱產業規劃和佈局戰略研究座談會。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性和穩定性,並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展受到了國家的重視,現在看來,也和雄安新區的謀劃相關。”

根據規劃,雄安新區將建成“藍綠交織、清新明亮、水城共融、多組團集約緊湊發展的生態城市”,於是“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調查局支撐服務雄安新區規劃建設的地質調查工作正式拉開帷幕。地質調查提出四大目標之一就是“打造全球地熱利用樣板”。根據中國地質局8月23日公佈的雄安新區地質調查第一階段結果,起步區地熱可滿足3000萬平方米建築面積。

雄縣副縣長呂偉介紹說,雄縣地熱自採自供仍有富餘,曾有過遠距離送熱的計劃,支援周邊資源較少的地區,但目前,一切都要等雄安新區總體規劃編制完成,再圖發展。

值班編輯:俞楊

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Reference:大中國

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