天水地区农村“地热+”可再生能源综合利用调研分析

0引言

伴随社会经济的发展,为加快实现"碳达峰-碳中和"进程,需要大规模发展可再生能源。通过对可再生能源结构优化和技术创新,提升能源效率、带动产业升级,降低碳排放,开发利用可再生能源已经成为我国社会主义新农村建设的重要组成部分和战略途径。

天水市地处甘肃省东南,辖二区五县,区域面积 1.43万km2,气候以温带季风为主,区域内水、光、热等可再生资源较为丰富。可再生能源利用方式较粗放,资源化利用水平低,绝大部分农户用能设备落后、 建筑节能措施不到位,农村可再生能源建设整体推进较慢。因此,以天水农村可再生能源为研究对象,通过调研天水地区农村可再生能源的利用情况,分析发展和利用过程中存在的问题,并进行原因分析和解决措施研究,为该区域可再生能源科学开发,合理利用和环境保护等方面提供科学依据和合理化建议。

1调研方式与内容

天水辖区五县两区,约113个乡镇,2491个行政村,调研首先统计辖区各地区的人口统计数据,包括总户数、人口分布、年龄结构等,为随机抽样提供依据,根据经济发展速度将农村地区划分为不同层级(如快速发展区、中速发展区、慢速发展区),然后在每个层级内进行随机抽样。在每个层级内,随机选择一定数量的村庄或农户作为样本。借助统计工具生成随机数, 确保抽样的随机性,根据调研目标设计详细的问卷或访谈提纲,从农户的基本信息,可再生能源利用现状, 包括家里正在使用的可再生能源,村子附近可再生能源利用的示范项目;对可再生能源利用的认知,包括可再生能源利用的优缺点,确保能够全面收集所需信息, 随后对收集到的数据进行整理分析,探讨天水可再生能源的利用情况。

根据实际调研结果,共统计了432户,46个村,其中甘谷县86户,调研村庄为厚家坪村、 移家村、令甲村、渭水峪村、蔡家寺村、郭家山村、毛家坪村、大庄乡;秦安县121户,调研村庄为杜砚村、大寺村、秦咀村、庞河村、湾儿村、郭河村、伏湾村、孙阴洼村、金城村、阳山村、马川村、梁山村、赤山村;张家川县 21户,调研村庄为庄河村、梁湾村、瓦泉村;武山县57 户,调研村庄为下河村、南川村、职工新村、康沟村、李子沟村、柴庄村、坪塬村、邓湾村、颉门村、徐黄村、张坪村、北顺村、王沟村;清水县36户,调研村庄为梨树村、 王付村;秦州区53户,调研村庄为石马坪村、王家店村、甸子村、唐家窑村;麦积区58户,调研村庄为吴村、 花牛村、刘村。

2调研情况分析

2.1农村沼气

沼气实质上是人畜粪尿、生活污水和植物茎叶等有机物质在一定的水分、温度和厌氧条件下,经沼气微生物的发酵转换而成的一种方便、清洁、优质、高品位气体燃料,可以直接炊事和照明,也可以供热、烘干、贮粮。户用沼气池的建设解决了生活用能、积肥、美化环境、减少环境污染和便于资源综合利用。

在统计的调研村庄中发现,已建设沼气并投入使用的较少,以秦安县杜砚村为例,该村500多人,130 多户人口,拥有沼气的人家70多户,实际使用的40多户,沼气工程建设时间在10年左右,由政府资助农户材料并进行技术指导,农户提供人力完成沼气池的建设,沼气池在建设的时候需要规划如何有效地进行土地利用和今后的使用效果及庭院的整体美观,沼气池与厨房的距离一般在25m以内为宜,建池地点尽量建在暖圈、暖棚下面,根据用肥方向确定出料后方向,尽量选择在背风向阳、土质坚硬、地下水位低,出料方便和周围没有遮阳建筑物的地方。该村房屋依山建设在黄土梁上,入户道路狭窄约30~60cm的土路,路基一侧为房屋,另一侧为斜坡,斜坡较陡峭,坡脚近70°,依据沼气建设的条件及当时村民劳动能力的情况,沼气安装率占约50%,在使用过程中,由于家庭人口的变化,如孩子上学、成人外出工作、新农村建设、易地扶贫搬迁等使用沼气的户数减少,正在使用沼气的农户认为很方便,沼气在夏秋季节使用较多,较方便,产气量大,做饭方便还可以照明,已安装现未使用的用户认为不方便,一方面由于家里孩子上学,成年人外出工作,家里只有老人在,牲畜基本不养,用气不安全,另一方面,沼气池要定期维护,每年进行大换料1~2次;沼气灶容易换,要更换,沼气池的故障需要用户判别。总之,用户家里人口多的使用沼气较多,用户家里人口少的使用较少,在新农村建设的新房中,未修建沼气池。

2.2太阳灶

太阳灶是一种利用太阳能辐射,通过聚光获取热量,确保光线能够集中反射到锅底,形成焦面,达到加热的目的进行炊事烹饪食物的装置。统计调研发现,投入使用太阳灶的用户达90%以上,用户使用的是集中式太阳灶,采用旋转抛物面反射镜或菲涅尔透镜等聚光技术,将阳光聚集到一个小面积,产生高温和高能量。这种太阳灶的聚光效率高,用户安装在院子里。调研区光照时间较长,在夏秋季节使用较高,烧水一般10~30分钟完成,在使用的时候,需要调节太阳灶,让其聚光。部分不使用太阳灶的用户认为,太阳灶的工作效率高度依赖阳光,在阴雨天气、晚上或冬季等阳光不足的时候,无法正常工作。还有部分认为太阳灶使用不安全,在询问具体原因时,回答有村民说不安全,然后就不用了。

2.3太阳能热水器

太阳能热水器作为一种绿色、环保的热水供应方式,调查区太阳能资源丰富,普及和应用较广,根据统计的数据发现使用率达80%以上,部分热水器是和沼气工程配套建设投入的,部分热水器是用户自行购买, 价格基本在2000元左右,主要用于沐浴,在冬季极寒天气需要注意太阳能热水器管道防冻。部分未安装太阳能热水器的用户主要是住户的房屋是坡屋顶,不适宜安装。太阳能热水器的工作效率受天气影响较大, 在阴雨天气或冬季阳光不足时,其加热效果会大打折扣。其次安装维护复杂。太阳能热水器的安装需要专业的技术和设备支持,且其体积较大、结构复杂,一旦出现故障维护起来比较困难。最后占用空间大。太阳能热水器通常需要安装在屋顶等开阔地带以获取足够的阳光照射面积,这可能会占用一定的空间资源。如何将太阳能热水器品质提升,在未来发挥更加重要的作用是今后要重点思考的问题。

2.4太阳能路灯

太阳能路灯是一种利用太阳能进行发电和照明的环保节能设备,当晚上光线变弱时,太阳能电池板将储存的电能供应给LED灯头部分,从而点亮路灯。太阳能路灯完全依赖太阳能进行发电和照明,因此在日照资源不丰富的地区或阴雨天气下其使用效果会受到一定影响。统计的调研村庄中发现太阳能热水器使用率达98%以上,天水农村太阳能路灯的使用情况呈现出政策推动有力、实际使用效果良好、管理机制健全和资金保障有力的特点。随着技术的不断进步和政策的持续支持太阳能路灯将在天水农村地区发挥更加重要的作用。

2.5光伏发电

光伏发电通过光伏电池,将太阳光直接转化为电能,并可将电能储存在电池中,供家庭、企业等使用。

这是一种清洁、环保的能源,具有无污染、无噪声、无运输成本等优点。据资料查阅,目前天水市区县,如甘谷县、麦积区、秦州区、秦安县等一些乡村示范村,在“十四五”期间规划了光伏发电项目建设指标,在调研的村庄中,使用光伏发电的不多,部分村庄仅在村委会安装,光伏发电需要在闲置空地上建设,部分用户的房屋是坡屋顶,部分用户的屋顶需要使用,不愿意作为光伏发电的安装地点,这也是推广光伏发电的问题。

2.6省材灶和柴薪

根据调研情况分析,使用省柴灶和柴薪的较少,根据现场堆积的柴薪来看,为多年堆积的存货,分析原因,一方面是现在使用燃气或使用电做饭,冬季生炉子会使用柴薪,但用量不大,另一方面是农村居住人口较少,年轻的村民常年在外地工作,在收种农作物的时候回家1~2个月,大部分留村的为年龄较大的、行动不方便的居民等。

2.7地热能

地热资源的利用显著减少了化石燃料的消耗和温室气体的排放,对提高天水市的环境质量和应对气候变化具有重要意义,根据调研情况分析,天水目前还没有开展过全面系统的地热资源调查评价工作,仅仅针对部分点进行过专门调查和勘探。地热资源主要应用于供暖和生活热水领域。由于天水市冬季气温较低, 民众对取暖和生活热水的需求量大,但目前开发利用较少。

浅层地热能开发利用较晚,目前陆续在建立地下水源热泵系统,制冷面积达167.54×104m 2。按照已有的浅部地热能调查评价的结果,全市浅部地热能资源冬季采暖期可开发利用量为16.51×1010kJ/km 2,全市城镇规划区地温能可开发利用总量为346.05×101 2kJ,可供暖积面积约3000万m2。开发利用温泉具有悠久的历史。天水市已发现的地热温泉有武山温泉、中滩温泉、清水汤峪温泉、秦安于夫子温泉、麦积街子温泉。其中开发利用初具规模的有清水温泉、武山温泉和麦积温泉。但这3处的开发利用基本用于洗浴+度假模式,开发利用层次较低,实际开采量也不大,约有95×104m 3/a。按照热储法计算评价,全市已探明的中深层地热资源可开发利用量为174.61×106kJ/a。

当前在地热开发利用过程中,还存在着一定的问题。例如地热资源勘查不全面,资源储量不准;过多利用地热水,而不是以利用热能为主;天水市缺乏对地热资源的统一开发利用规划;由于地热资源深部开发风险高,导致我市目前地热资源开采深度浅,利用程度也较低;我市管理制度不健全、有些领域存在多头管理等问题。这些问题都在一定程度上影响和制约着地热开发利用的快速发展。

掌握地热资源的分布和储量等问题,是开展地热产业发展的基础;制定适宜的地热产业发展政策,是促进地热产业发展的动力。然而,天水市地热资源勘查工作起步较晚。地热资源开发利用的成本和风险较高,因此,要降低投资风险,就需要人力开展地热资源的勘查评价工作。地热资源勘查评价是一项需要多方面、多要素投入的复杂工程,评价难度大、周期长、困难多。因此,勘查工作的开展应当紧密结合开发利用的实际情况,分清轻重缓急。勘查工作的开展必须遵循统一规划、因地制宜的总体原则,在过程中突出重点、 运用科技。所以,应该先通过一两个项目的实施基本查明全市各城镇建成区和规划区的浅部地热能类型及分布特征。

综上,天水地热开发存在地热能资源的形成与分布特征认识不足,资源不明等问题。拥有地热资源的地方使用率较低,仅由于日常的沐浴等。为此提出以下利用建议:开展天水市秦州区和麦积区城区中深层地热资源可行性阶段勘查,开展秦安县于夫子沟地热资源可行性阶段勘查,开展清水县汤峪河、麦积区街子温泉、武山温泉和中滩温泉的开采阶段勘查。

(1)清水以"清泉四注"而得名,地热资源清楚,开发利用条件好;地热资源开发已有一定规模;后续应以建设旅游休闲园、集中供热制冷区、工业综合利用区和地热科技馆为主。

(2)武山温泉地下热水水温达56.2℃,热水中富含锂、锶、氟、偏硅酸、氡等多种微量元素或组分,地下热水资源储量充足,现状开采总量仅占资源储量的16.9%,具较大的增加开采潜力,以医疗保健功能为主的温泉疗养院的建设已颇具规模,近期内当地政府还可以引导农民利用热水进行温室大棚热带鱼养殖、蔬菜花卉、食用菌培植和水果种植以及良种培育等,定能取得好的经济效益和社会效益。建议建立地热农业的产业分别是科技观光示范型温室,生产型生态温室,露天有机蔬菜种植区和农业体验庄园。

(3)中滩地热资源属中型低温地热田,热水中富含多种微量元素达到天然饮用矿泉水标准,并且具有医疗价值。中滩地热田每天从第二储热层可以获得平均温度65℃的温热水资源量12100m3,对比我国已开发利用的7个低温地热发电站,此地热资源完全可以用于发电。

(4)麦积街子温泉房地产开发可以按特色景区型—康体基地型—休闲乐园型为综合型。

3对策建议

3.1政策激励与资金支持

通过减税、给予补贴、提供低息贷款等方式,激励企业和个人投资农村可再生能源项目,降低其初始投资成本和经济风险;采用专项基金与补贴,增加农户和企业的积极性;根据不同地区的资源禀赋、经济条件和能源需求,制定差异化的补贴政策,确保政策的有效性和针对性。

3.2技术创新与示范引领

加强科研力量。加大对可再生能源科研机构的支持力度,鼓励科学家们在相关领域进行深入研究,促进可再生能源技术的创新与发展。

建立示范项目。选取一些典型的农村地区,建设可再生能源示范项目,如太阳能光伏电站、生物质能发电站等,通过示范效应带动周边地区的发展。

推动产学研结合。鼓励企业、高校和科研机构之间的合作,促进科研成果的应用和转化,加速可再生能源技术的商业化进程。

3.3基础设施建设与升级

完善农村电网。加强农村电网建设,提升电网的互联互供能力和智能化水平,确保可再生能源发电能够顺利接入电网并得到有效利用。

建设配套设施。为可再生能源项目建设必要的配套设施,以支持可再生能源在交通领域的应用。

3.4宣传教育与公众参与

开展宣传教育活动。利用各种媒体进行宣传提高农村居民对可再生能源的认知和了解,增强其使用可再生能源的意愿和能力。

推广成功案例。通过宣传可再生能源在农村地区的成功应用案例,展示其经济、社会和环境效益,激发更多人的参与热情。

加强公众参与。鼓励农村居民积极参与可再生能源项目的建设和运营,如通过集体土地入股、劳动力参与等方式,共享可再生能源发展带来的红利。