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地热供暖:中深层地热开发井下换热技术可行吗?|地大热能_地面换热
来源:地大热能 2021-10-19
因地热开发利用无序问题突出,以及地下水超采严重等问题,地热供暖:中深层地热开发井下换热技术可行吗?|地大热能_地面换热 去年河北省曾一度“一刀切”叫停、依法查处省内所有违法开采的地热井。此举因涉及面广,且存在巨大的清洁采暖接续隐忧,而引发广泛讨论。河北省在力推地热开发规范化的同时,还在政策支持层面由传统的采灌结合、取热不耗水(下称“地面换热”)开发模式向井下换热倾斜,在工程技术标准层面也为井下换热“搭好了台”,这无疑是为中深层地热开发“开辟了一条新路”。河北《中深层地热井下换热供热工程技术标准》作为目前国内出台的第一个井下换热地方技术标准,先于国标出炉,将对京津冀等华北地区、陕西乃至全国的地热开发产生深远影响。

监管趋严
“地面换热”遇冷
近年来,随着我国北方地区清洁取暖工作的大规模推进,地热能作为一种可再生的清洁能源,被视为传统化石能源的重要替代方式而受到热捧。相关材料显示,我国地热能直接利用量已连续多年稳居世界第一位。根据国家地热能中心统计,截至2019年底,北方清洁供暖地区中深层地热能供暖总面积已达到3.82亿平方米。国家能源局于今年4月发布的《关于促进地热能开发利用的若干意见(征求意见稿)》更将“大力开发利用地热能”视为我国实现碳达峰、碳中和的重要举措。并提出,到2025年,我国地热能供暖面积要比2020年增加50%;到2035年,在2025年基础上再翻一番。

目前我国中深层地热能开发利用技术主要是以河北雄县为代表的取热不耗水、完全同层回灌的换热技术为主。然而长期以来,由于地热开发存在的“九龙治水”管理漏洞使得地热无证开采、地热水乱排问题难以得到有效治理,从而成为制约行业有序发展的最大“绊脚石”,这一问题在河北表现尤为突出。

另觅新途
“井下换热”获力捧
然而这并不意味着河北地热开发事业会因此而陷入绝境。从“50号文”与河北省刚刚发布的上述标准透露的信号看,河北省将转而支持地热开发的另一种模式,即完全不开采地热流体、闭式循环取热的“井下换热”技术。对此,“50号文”指出,采用深层地下换热方式开发利用地热能的(只取热不取水),无需办理取水许可和采矿许可,同时可按照国家相关政策规定,享受可再生能源税收和收取采暖费等方面的优惠政策,鼓励各市、县出台具体支持政策。上述标准的出台无疑是让中深层地热开发利用多了一项技术选择,也为地质条件类似的广大北方地区地热能开发提供了技术参照。这对地热开发项目的审批、施工、后期管理,以及环保监督等都有帮助,并在一定程度上纠正一些错误概念,有利于地热行业规范化健康发展。另有受访专家指出,由于井下换热项目不涉及取水许可与采矿许可办理,相当于简化了政府的管理流程。尤其是在地下水超采严重的河北省,该模式无疑会让监管变的更容易。



“一刀切”不可取
地热开发要因地制宜
井下换热技术,起步于20世纪90年代的欧洲,2015年左右开始在国内得以发展。作为一项中深层地热能开发利用技术,通过钻凿地热井并下入取热管,注入软化水在井内循环流动提取地层热量,井壁与地层隔绝,保证地热井与地层间只能进行热交换;因该技术对地层干扰较少,又被称为‘中深层地热能无干扰供暖技术。

核心还在于经济性。由于井下换热是通过热传导从地层提取热量,受传热效率的天然限制,其取热量远低于地面换热技术,主要受控于地下热储温度,且循环取热水温度一般低于30度,后续供暖需要热泵提温,运行成本很高。相关材料显示,“取热不取水、同层回灌”地面换热技术,一对抽灌井可实现供暖面积约8.5-24万平方米。而井下换热技术,垂直单井仅可实现供暖面积约0.8-1.3万平方米;U型井只能实现供暖面积约4-5万平方米。以河北雄县为例测算,如果将目前供应全县700万平方米面积的地热井全部由‘地面换热、同层回灌’模式改为井下换热模式,也只能供应约100万平方米。

地面换热与井下换热的钻井成本基本相同,换言之要满足同样的供暖面积,井下换热在钻井方面的成本就达到井上换热的7倍。不仅如此,二者相比后续运行成本差距也很显著。地面换热供暖建设投资单位建筑平方米造价约100-130元,每个供暖季每平方米电耗约8-12度;而井下换热单位建筑平方米造价约250-350元,每个供暖季每平方米电耗约15-30度。对比之下,井下换热建设投资和运行成本要达到地面换热的2—3倍。

从截至目前陕西西咸新区、河南郑州的先进实践看,采用井下换热技术开发地热一定离不开政府补贴,大规模开展难度还很大。如若现在一味强力推广这一技术,不仅将为政府财政带来巨大压力,同时也将为用户带来沉重负担。且从长远看,其经济性想要达到媲美地面换热技术的可能性也不大。
“就河北省而言,目前还没有出台井下换热规模化发展的配套政策措施。一般来说技术标准先行,其次试点推广,然后再配套政策。目前看来,井下换热技术尚处于制定标准、开展示范项目的技术储备阶段。

地热开发利用在技术选择上应因地制宜,根据当地的地质条件、实际需求来定,至于最后技术好不好需交由市场来验证。因为地质条件是天然存在的,地热开发一定要因地制宜,地面换热与井下换热模式二者可互为补充,政府主导的“一刀切”并不可取。河北政策力捧的井下换热技术之举虽然一定程度上可推动该技术的落地实践与快速进步,但长远看,其或终将只能与地面换热技术补充发展,并不能成为主流的地热开发模式。从这一角度看,地面换热技术也只是短期政策遇冷,是其由之前的无序无度迈向科学规范化发展之路遭遇的一个阶段性历程。

隐忧仍存
警惕“返煤”苗头
如果钻井施工监管措施不到位,迫于单井供暖效率,部分企业可能会为追求井口出热量,而不规范操作干扰含水层,此举亦可能造成对地下水的破坏。与此同时,对于那些因种种客观因素不能够补齐合法资质的地面换热地热井,如果井下换热之路走不通,无疑将陷入清洁采暖接续困境。井下换热尚缺乏实际应用场景,国际上也无成功经验可供借鉴,要解决大规模应用的居民采暖问题,对很多地方并不现实。

河北的地热发展已经到了一个关键节点,如果完全摒弃传统开发模式,全面走向井下换热,那么由于经济性和应用场景受限,可能会将整个行业带进‘死胡同’,大量的政府补贴无疑不可持续。一条技术路线是否可行,最终要看市场是否认可。就地热开发而言,河北省需要警惕的是,大规模的井下换热行不通怎么办?

在河北省个别地区地热开发特许经营区内已经出现了“返煤”的苗头。有的地方因为无法按规定为地热井补齐手续,开始考虑接续邻近地区火电厂热源,无疑将增加火电厂所在地的燃煤消耗,这又何尝不是另一种形式的“返煤”。河北的地热开发可谓任重而道远,既要关闭不合规的热力井,还要兼顾老百姓的民生供暖,现在是夹缝中寻找解决方案。
 
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