天津开发利用地热资源 是实现“双碳”目标的需要

习近平总书记强调:“要把促进新能源和清洁能源发展放在更加突出的位置,积极有序发展光能源、硅能源、氢能源、可再生能源”“加快发展有规模有效益的风能、太阳能、生物质能、 地热能、海洋能、氢能等新能源”。为深入践行习近平生态文明思想,加快建设美丽天津,充分发挥地热资源在构建天津绿色低碳循环发展经济体系中的作用,助力碳达峰、碳中和目标实现,推进地热勘查开发利用示范城市建设,本文结合天津地热赋存特征和开发利用现状,提出促进地热高效开发的对策建议。

一、天津地热资源发展形势及需求分析

随着“双碳”工作被纳入生态文明建设整体布局和经济社会发展全局,为贯彻落实党中央、 国务院和习近平总书记重要要求,国家层面密集出台地热能发展政策及相关规划文件,对地热能开发利用的导向作用越发明显。国家发展改革委等8部委发布了《关于促进地热能开发利用的若干意见》,国家发展改革委等9部委发布了《“十四五”可再生能源发展规划》,特别是 2024年国务院发布《关于加快经济社会发展全面绿色转型的意见》,指出因地制宜开发生物质能、地热能、海洋能等新能源,对地热资源开发利用提出明确要求。

此后,全国各地相继出台相关政策以支撑地热能发展。天津是全国开发地热最早、管理最规范、地热供暖面积最大的城市。早在20世纪80年代,天津就对地热资源开展了动态监测工作,如今已经建成覆盖全市700余眼地热井的全国最大规模地热资源动态监测系统。天津市2023年政府工作报告指出,聚焦践行绿水青山就是金山银山理念,着力推进绿色低碳发展, 新增地热供热能力900万平方米,促进了天津对地热资源的进一步勘查与开发。特别是2023 年第七届世界地热大会在北京圆满闭幕,对天津地热发展具有重要指导意义,地热产业发展正迸发出新的生机和活力。

天津开发利用地热资源不仅是大势所趋, 也是天津自身发展的现实需要。

1.是能源结构调整的需要。天津2020年能源消费总量约 8 100万吨标准煤,其中化石能源占93%(煤炭 48%,石油天然气45%),非化石能源仅占7%, 能源结构性矛盾比较突出。按照《天津市能源发展“十四五”规划》和《天津市碳达峰实施方案》,到2025年非化石能源消费比重力争达到 1 1.7%以上,到2030年非化石能源消耗比重力争达到16%以上,非化石能源供给总量折合标准煤需达到1300万吨,能源结构调整压力巨大。

2.是经济社会发展的需要。随着城镇化水平的不断提高,城镇集中供热面积逐年增加,预测2025年将达到6.64亿平方米,2035年将达到 9.8亿平方米。当前,天津的供热热源仍以燃气为主,供热成本高,需要市、区两级财政补贴,与之相比,地热采暖具有价格优势,可为市、区财政减轻经济负担。

3.是实现“双碳”目标的需要。实现“双碳”目标是一项系统工程,主要途径除了常规的提升生态系统碳汇、节能降耗减碳外,最彻底、最有效的措施就是调整能源结构,加大对非化石能源的开发与利用,以实现源头减碳、结构减排。而大力开发利用地热资源, 是源头减碳、结构减排的重要举措,是天津优化能源结构的重要途径。

二、天津地热资源条件及开发潜力

1.地热赋存特征。天津市宁河区、宝坻区断裂带以南9000多平方千米范围内普遍分布有地热资源,热储类型齐全,分布范围与城市发展区高度叠合,利于开发;主要热储层厚度巨大,孔(裂)隙发育均匀,资源保障程度高;地热井出水温度和出水量稳定,回灌能力强,能够做到可持续开发利用。可以说,大自然赋予天津的独特地热资源条件为世界大型城市所罕见。

2.地热资源优势。地热是重要的非碳基可再生能源,具有本土资源、稳定可靠、绿色低碳等优势,可为保障能源安全与绿色低碳发展提供重要的资源保障。供暖是天津利用地热资源的最主要方式,利用系数可达90%以上,在清洁供暖和大气污染防治工作中发挥了重要作用。 开发地热资源可产生显著的经济效益,出让矿业权和增加矿产资源税有利于增加财政收入, 替代燃气扩大地热供热范围可减少巨额供热财政补贴。

3.地热资源开发利用现状。天津地热资源勘查开发历史悠久,现已形成以供热为主的稳定产业。2023年水热型地热流体开采量为 4440万立方米,回灌量为4229万立方米,总体回灌率为95.23%,开发利用水平居于全国前列。全市水热型地热供热面积达423 1万平方米,加上浅层地热能开发和中深孔换热新技术应用,全市地热供热总面积达到5632万平方米,约占全市集中供暖面积的10%,开创了城市地热供热总面积位居全国前列的新局面。

4.地热资源供热潜力分析。天津平原区 4000米以浅,回灌条件下地热流体可开采量为 4.96亿立方米/年,其中在主要开采层地热流体可开采量为1.64亿立方米/年,折合标准煤 120.13万吨,可减少二氧化碳排放量477.73万吨、其他有害气体和粉尘煤渣排放量26.23万吨,供热能力约为4300兆瓦,能够实现供热面积1.25亿平方米。全市所有热储地热资源,其热能折合标准煤272万吨,能完成非化石能源减碳量的20%指标,按现有建筑负荷指标计算供热能力为3.5亿平方米。随着绿色、节能建筑快速发展,未来利用地热供热面积能够达到全市集中供热面积的36%左右(2035年全市供热面积按9.8亿平方米计算)。天津浅层地热能潜力为冬季可供暖面积13.4亿平方米、夏季可制冷面积12.6亿平方米。每平方千米内的换热孔可解决1 1—12万平方米建筑物的供暖制冷问题,可广泛应用于美丽乡村、城市公共建筑、高档住宅、产业园区等。

三、促进天津地热资源高效开发的对策建议

1.加强地热勘查,增加资源储量。

一是开展未勘查区域和深部地热勘查评价。《天津市碳达峰实施方案》明确提出大力发展新能源,天津能源主管部门正在组织开展新一轮战略性地热找矿行动。建议围绕宝坻区京津新城、宁河区西南部、环城四区等具有良好地热资源条件和急需地区开展“深勘细查”“攻盲探边”的公益性调查评价,预计可新增地热资源可采量2000万立方米/年,进一步提升地热资源的保障程度。 可选择在团泊东区或东丽湖高凸起区约500平方千米范围内,开展4000至6000米深部基岩热储勘查,预计可新增300眼供热能力为7—8兆瓦的地热井,从而引领全国深部地热资源勘查开发。

二是稳步推进重点地区的浅层地热能勘查评价。开展对“津城”“滨城”重点地区、天津规划重点工程的浅层地热能资源勘查评价,查明浅层地热能资源条件,保障能源供给,并开展区内土壤源、湖水源及污水源等多种类型能源可利用性调查评价,为多能源综合利用提供基础。

三是积极引导中深层换热型勘查评价。优先在冀中坳陷、黄骅坳陷开展不同深度孔隙型地层换热试验,分析换热能力;尝试性地在沧县隆起区开展基岩型地层换热试验,分析换热能力;重点开展东营组地层的换热试验,明确单孔换热量和地温恢复能力。通过试验、监测和室内分析,有利于科学评价中深层换热效果,为开发利用中深层换热提供技术支撑。

2.提升地热利用技术,开展规模化开发。

一是重点发展水热型地热供暖。通过地热规模化集群化利用示范,充分发挥市场资源配置作用,引导有实力的企业统一开发管理,提升地热利用效率水平,增加热源稳定性,保障供暖稳定可靠;进一步推进“地热+”多能协同,梯级利用, 实现资源利用的最大化,提高地热利用率。探索已有或新批矿权并入供热管网,减少煤炭消耗,降低单位面积碳排放量,以充分利用现有地热资源,扩大供热面积,优化天津供热能源结构,逐步增加绿色供热比重。

二是支持推广浅层地热能供暖(制冷)。天津应结合城市发展规划,做好浅层地热能发展规划,促进其开发利用。建议在重点项目、重要工程、产业园区等设定清洁能源利用指标,助力实现能源转型目标; 对于零散分布的小型项目,可优先考虑利用浅层地热能+光能、空气能、电蓄热等灵活简便、经济性好的分布式能源站。

三是推动换热型地热能利用技术发展。目前,换热型地热能利用属于起步阶段,存在着单井换热能力低、投资回收期长等发展瓶颈。应建立激励机制,推动换热型地热能开发利用技术创新和规范应用,与水热型地热能、浅层地热能相互补充、协调发展, 开创地热多层立体开发新局面。

3.建立健全地热“全产业链”。

天津地热资源经过几十年的发展,形成了以供热为主的地热产业模式,为满足城市高质量发展对能源的需求,实现有规模有效益的开发利用,需进一步对天津地热产业链进行强链补链。应强化地热勘查开发利用监测保护全产业链建设,保障基本的供热需求;建设地热勘查、地热开发利用动态模拟、地热监测和地热发电等地热装备“全链条”制造基地,带动天津地热开发利用规模,服务经济社会发展。推进以温泉旅游度假康养为代表的地热资源产业发展,带动旅游经济发展; 将“温泉之都、温泉之城、温泉之乡”建成富有文化特色、艺术特色、浓厚学术氛围,行业交流广泛的地热产业集中区、地热科普宣传基地,推动构建地热文化产业。

4.创建全国地热开发利用示范城市。围绕天津创建全国地热开发利用示范城市的目标任务,进一步开展地热示范基地(工程)建设。为解决地热、浅层地热能及中深层换热等多种类型地热资源勘查开发利用中的技术问题,应以技术示范应用与交流推广为目标,以东丽区、滨海新区、西青区、北辰区等地区为示范基地,在充分研究、吸收国内外地热资源开发利用现状及先进技术的基础上,形成“多能互补、梯级利用、高效互联、安全可靠”的综合利用模式,建设国际知名、国内一流可复制可推广的地热资源开发利用水热型地热、浅层地热能及中深层换热及示范基地(工程)。