位于北极圈附近的冰岛首都雷克雅未克,长年被冰川、雪山和极光环绕,丰富的地热资源却让这里空气清新、四季如春,成为举世闻名的“无烟之城”。如今,随着地热的开发应用,全球将拥有若干个“雷克雅未克”。这也是9月15~17日在京举行的2023(第七届)世界地热大会上,各国代表们的共同愿望。
此次,这个素有地热界“奥林匹克”之称的国际盛会首次由中国承办,不仅在能源业界掀起了一场地热潮,更让地热赚足了社会公众的眼球——目前地热有哪些应用,产业发展现状和趋势如何,对石油和化工行业有哪些影响?
建设无烟之城,项目布局已成燎原之势
此次大会上,中国的“雷克雅未克”——河北雄县作为我国首个地热供暖“无烟之城”,受到与会代表的关注,中国地热产业发展成就也备受好评。
会上发布的《中国地热产业高质量发展报告》指出,我国地热资源主要有三类:浅层地热资源、水热型地热资源和干热岩型地热资源。其应用领域主要包括供暖(制冷)、温泉、农业、发电等。统计结果显示:截至2021年底,我国地热直接利用能力折合100.2吉瓦,年利用量829826太焦,多年来稳居世界第一。相对于水能、风能、太阳能以发电为主,我国逐渐形成了以供暖(制冷)为主的地热发展路径,为国际地热发展提供了新思路。截至2021年底,中国地热供暖(制冷)能力达到13.3亿平方米,项目建设已成星火燎原之势。
据中国工程院院士、国家地热能开发利用研究及应用技术推广中心技术委员会主任郭旭升介绍,自2006年在陕西咸阳开始商业化开发水热型地热供暖项目至今,中国石化地热供暖项目已扩展至京津冀鲁豫陕晋等地热资源优势地区,地热供暖能力超过8000万平方米。在雄安新区,在发展雄县供暖基础上,按照新的理念和标准,中国石化累计建成地热清洁供暖能力700万平方米、受委托运行1200万平方米。在湖北武汉滨江国际商务区,中国石化以长江水作为冷热源,利用水源热泵+水蓄能技术,正在建设211万平方米供暖制冷能力的项目。
中国石油“十四五”重点布局了东北用能替代示范区、京津冀清洁供暖示范区、长三角采暖制冷示范区三大示范区,去年已开发中浅层地热达2500万平方米,预计今年将突破4000万平方米。同时,中国石油已在海内外建成了多个地热项目,如北京通州中深层地热供暖示范项目已形成超过35万平方米供暖面积,二氧化碳减排超过7600吨。
与会专家认为,未来几年,中国北方地区地热清洁供暖、长江中下游地区地热供暖(制冷)将是产业发展热点。
此外,近年来,地热在农业领域应用愈发广泛,已遍布20多个省,主要涉及地热温室种植、养殖、食品加工等;到2021年底,总利用能力达到1108兆瓦,成为地热直接利用的新增长点。
打造零碳工业,地热发展开辟“石油路径”
地热的工业利用虽然还不多见,但业界已经认识到,地热在石油和化工行业等工业领域将大有用武之地,助力打造零碳工业。根据会上透露的信息,目前BP、壳牌等跨国巨头,中国石油、中国石化等国内领军企业都在加快地热能的发展。
“油气行业发展地热具有先天优势。”中国科学院院士、中国石油新能源首席专家、深圳新能源研究院执行董事兼院长邹才能表示,要充分发挥油气行业先天的资源、技术优势,构建完善的、完整的地热工业体系,走出一条高质量、大规模的绿色地热发展的“石油路径”。据介绍,作为国内最大的油气生产商,中国石油在资源、市场、工程能力、技术储备开发等四方面具备优势,其油气矿权区里面4千米以浅地热资源折合能达到1万亿吨标煤以上。
中石化经纬有限公司地质测控技术研究院王世栋说,地热资源的钻探开发与油气开采存在诸多相似之处。目前油气开发所用到的钻机、钻头、电驱压裂设备等工具,完全可以用于地热资源的钻探开发,油气行业钻井的经验也可以为地热资源,特别是城市等复杂环境的地热资源开发提供参考。
“中国石化承担的国家重点研发计划‘深层地热资源探测评价关键技术研究’配套工程——琼北深层地热(干热岩)福深热1科学探井已经开钻。”王世栋说,“我们还将在现有油气钻探技术的基础上,开发更多能够应用于高温、高硬、复杂地质条件等情况的地热钻探配套技术。”
据了解,地热在油田有多个应用场景。一是将油气开发过程中的地热能用于油田生产。胜利油田投产了22个油田地热利用项目,用于油田采出液加热和建筑供暖,年可替代原油9260吨、替代天然气4090万立方米,实现供暖50万平方米,年节约标煤4.2万吨、碳减排10.4万吨。二是利用油田废弃井提取热能。在大庆油田和辽河油田,将废弃的和长关低效油井改造为地热井,采用同心管柱作为井下换热器提取热量,为矿区建筑和输油管道伴热,每年可节省标煤299吨。
“在条件适宜的情况下,地热能还可作为石化等工业园区温度调节的能量来源。”万江新能源集团有限公司展台的一位工作人员表示,在非供暖季,可将园区废气余热储存在地下高温储热带和隔热带土壤中,而到了供热季则通过系统切换将热量提出用于供暖,从而将地层变成园区的“充热宝”,实现工业余热的跨季节存储。
国际可再生能源署国家交往与伙伴关系主任库尔比斯•戈努尔指出,地热能的利用也可与其他产业耦合发展,例如利用地热发电生产绿氢,再将绿氢作为化工产品的原材料,能够大幅降低化工生产的碳排放。据印度尼西亚石油公司下属地热分公司代表尼尔文•奥德利亚西雅介绍,目前该公司已在印度尼西亚东部已有的地热项目上进行绿氢生产试点,并和日本某电力公司签署了合作备忘录,还将与绿色甲醇等化工项目配套。
进军未来能源,产业体系走向规范成熟
“地热产业是中国未来能源体系的重要组成部分。中国地热能具备大规模发展的潜力。”邹才能表示,“地热工业是一个产业链很长、效益很好、未来值得大发展的产业。”
相关预测显示,我国在地下4千米以浅地热资源量达到12.25万亿吨标煤,年可采用资源量达到18.7亿吨标煤。但目前开发利用总量才5000万吨标煤,仅占一次能源消费1%。
记者从大会上获悉,我国地热产业体系已初步形成,并逐渐走向成熟。
首先,地热企业增多变强。中国石化、中国石油、中国核电旗下中核坤华能源公司、中国节能环保集团有限公司、煤炭地质总局所属水文局等纷纷从不同角度、途径、区域进军地热产业。河北地矿、山东地矿、兖矿集团等地方企业积极开发当地水热型地热资源。海利丰、河南万江、浙江陆特、湖北风神、恒有源等一批进入地热行业较早的民营企业也开始规范化发展。
其次,地热标准渐成体系。地热行业是涉及勘探、钻井、供暖、发电等多个领域的复合行业,必须建立完善的地热标准体系。2016年11月,国家能源局批准成立了能源行业地热能专业标准化技术委员会,制定了涵盖5个专业、111项标准的行业标准体系,梳理认为其中56项需要研究制定,到2021年底已累计制定完成并发布了40项。同时,地热能标委会还与国际地热协会合作,制定《地热供暖推荐做法》。
再次,地热技术显著进步。近几年,在实际运用中,我国科研人员将石油勘探技术与地热供暖利润低的条件相结合,发展了地震+非震技术相结合的综合地球物理勘探技术,并使之成为地热勘探的主要手段。地热开发利用监测技术也日益完善,中国多个省(市)、企业已建立了地热开发利用监测平台,服务区域资源科学利用以及政府和企业管理。作为国内地热产业龙头,中国石化通过将科技研发与生产实际相结合,创建了世界上首个地热供暖清洁发展机制(CDM)方法学,创新形成了集地热勘探等技术于一体的六大核心技术体系。
最后,人才培养持续加速。2019年11月,中冰地热技术研发合作中心组织地热培训项目,培养地热领域专业人才、深化交流合作。目前,天津大学、吉林大学、中国石油大学、中国地质大学、中国科学院地质与地球物理所、中国科学院广州能源研究所等高校和科研院所成立了地热中心、研究室等机构。国家地热能中心、中国能源研究会、中国可再生能源学会等定期举办地热领域专题会议。
邹才能表示,全球进入了第六次科技革命、第四次工业革命和第三次能源转型革命的叠合期,这将推动新能源特别是地热能源的加快发展。
记者从会上了解到,国内还致力于推进地热能与其他能源耦合利用。在中国北方,地热能作为基础热源并利用热泵提取余热调峰已非常普遍,一些项目还与天然气、光伏等耦合。例如在山西太原唐槐产业园区,先用地热能预热再用天然气继续提温制取工业蒸汽,每年可供应蒸汽13万吨;在河南范县濮三联合站,利用热泵提取油田采出水热量加热原油,并在闲置屋面及空地上建设光伏发电系统,为热泵供电,实现“余热+光伏”的综合利用。
实现全球梦想,中国经验引领地热新时代
一位来自雄县的参会代表说,她很喜欢雷克雅未克,梦想着有一个冬日的清晨醒来接到电话,可以推开窗,浴着室内的暖意花香、看着外面的蓝天白雪说:“你好,我在雷克雅未克。”
如今,不必去冰岛,她的梦想就可以实现了:“你好,我也在雷克雅未克。”
她的梦想也是许多人的心愿。此次大会上,全球多个国家参会代表表示,大力发展地热能,推进相关应用,将助力实现绿色低碳发展的全球梦想。
冰岛总理卡特琳·雅各布斯多蒂尔表示,随着技术的不断进步,地热能可以在全球电力生产、城市供暖和制冷中发挥更大作用。但地热能仍是一种未得到充分利用的可再生能源,目前世界上仅有26个国家利用地热能发电,70个国家利用地热能进行区域供暖。她认为,决策者需要为技术进步提供更多的支持——例如减少对碳基燃料的补贴,从而增强可再生能源的竞争优势。
埃塞俄比亚矿业部国务部长托马斯·图特·普克表示,埃塞俄比亚地热潜力巨大,目前已确定超过22个地区拥有适合发电的地热资源,地热发电总潜力超过1万兆瓦。地热开发已被纳入埃塞俄比亚建设总体规划,将在绿色经济建设中发挥作用,计划到2035年开发逾2000兆瓦、到2037年开发5000兆瓦的地热发电。
印度尼西亚国家石油公司地热公司代表尼尔文·奥德利亚西雅表示,目前印度尼西亚地热发电的成本已经具备一定的竞争力,需要在建设阶段大幅扩能,更好从规模经济中获取价值。未来,他们将在已有项目基础上不断开发新项目、优化相关技术,更好发展地热能。
“地热正在成为实现零碳排放目标的重要力量。”国际地热协会主席西尔万·布洛格说,目前国际地热协会正在关注若干重点任务,包括建立地热供暖和制冷标准国际委员会、支持国际地热项目实施、促进技术创新、实施地热价值链相关培训的认证、建立地热风险缓解基金等,以推动世界地热能的开发与规模化应用。
库尔比斯·戈努尔透露,可再生能源署将继续推动地热产业的推广,比如加强与油气等能源行业的合作、推动地热和绿氢的耦合发展以及促进矿物回收等,让不同的国家、不同的项目都能够有机会开发地热。
值得一提的是,中国在地热能直接利用方面的丰富经验备受国外代表关注。北极圈论坛主席、冰岛前总统格里姆松指出,本次世界地热大会是地热产业史上的一次里程碑事件,展示出中国在全球地热产业上的领军地位。
“目前,中国在可再生能源领域已经处于全球领先,现在我们又把地热能加入这一范畴。”格里姆松说,“我们相信,只要世界各国携起手来加强合作,必将能更好地推动全球地热能的发展,引领人类真正走进地热发展的新时代。”
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