地大熱能網(wǎng)訊：《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》明確提出了“十四五”時(shí)期現(xiàn)代能源體系建設(shè)的主要目標(biāo)，其中包括能源低碳轉(zhuǎn)型要取得顯著成效——單位 GDP二氧化碳排放五年累計(jì)下降18%。到 2025 年，非化石能源消費(fèi)比重提高到20%左右，非化石能源發(fā)電量比重達(dá)到39%左右，電氣化水平持續(xù)提升，電能占終端用能比重達(dá)到30%左右。

在此目標(biāo)下，地?zé)崮?/a>作為非化石能源，如何在未來(lái)的能源體系中發(fā)揮更大作用?

重視地?zé)?

中國(guó)石油石化：汪院士，您好!您認(rèn)為地?zé)崮?/a>作為非化石能源，如何在未來(lái)的能源體系中發(fā)揮更大作用?

汪集暘：在非化石能源大家庭里，地?zé)?/a>是地球本土能源、清潔能源、可再生能源、非碳基能源，有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。但從資源總量來(lái)看，跟太陽(yáng)能、風(fēng)能等相比要小得多，而且分布不均勻。

在未來(lái)的能源體系中發(fā)揮更大作用，應(yīng)重視“地?zé)?”的思維及應(yīng)用。可以將地?zé)?/a>這種地球本土的能源和來(lái)自太陽(yáng)系的其他新能源、可再生能源，諸如太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、海洋能等，結(jié)合起來(lái)一并加以開發(fā)利用，不爭(zhēng)老大老二、不分你我，綜合利用，真正做到“多能互補(bǔ)、一能多用”，在北方清潔取暖、南方制冷空調(diào)等工作中發(fā)揮更大的作用，解決實(shí)際的民生問(wèn)題。

為方便敘述，可將“地?zé)?”的內(nèi)涵概括為“天地合一、動(dòng)靜結(jié)合”。“天”指太陽(yáng)能，“地”即地熱能;“動(dòng)”指風(fēng)能、海洋能、生物質(zhì)能，“靜”指地熱能。實(shí)際上，目前建筑行業(yè)中大力推廣的“近零能耗建筑”和供暖行業(yè)中的“區(qū)域能源網(wǎng)(站)”等都是“地?zé)?”概念的延伸或應(yīng)用。

應(yīng)用的實(shí)例也有。比如，意大利國(guó)家電力公司ENEL在美國(guó)內(nèi)華達(dá)州斯蒂爾沃特(Stillwater)地?zé)犭娬?/a>實(shí)施了聯(lián)合發(fā)電。2009年組合了太陽(yáng)能光伏，2015年又組合了太陽(yáng)能熱發(fā)電。目前地?zé)岚l(fā)電33兆瓦，光伏發(fā)電26兆瓦，光熱17兆瓦，給地?zé)岚l(fā)電因中午環(huán)境溫度增高而致的效率降低實(shí)現(xiàn)了很好的發(fā)電增效。

中國(guó)石油石化：據(jù)悉，從“地?zé)?”概念里引申，您提出了“地球充電/熱寶”。這具體是一種什么樣的概念?

汪集暘：所謂“地球充電/熱寶”(earth charger)，是指以地球介質(zhì)為載體的“地?zé)?”多能互補(bǔ)儲(chǔ)/供能系統(tǒng)。該系統(tǒng)可將各種形式的能量?jī)?chǔ)存于地下，并按需求取出加以利用，是地?zé)衢_發(fā)利用的一條新途徑。地球是一個(gè)龐大的熱庫(kù)，地?zé)崮?/a>是一種不可多得的綠色本土能源，但它的明顯劣勢(shì)是分布極不均勻，往往在有需求的地方?jīng)]有足夠的資源，在沒(méi)有需求的地方資源又很豐富，存在供需矛盾的問(wèn)題，必須加以調(diào)節(jié)。

另外，在新能源和可再生能源大家庭中，中國(guó)西北、東北、華北地區(qū)棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象十分嚴(yán)重，有些地區(qū)高達(dá)50%以上，造成了能源大量浪費(fèi)。據(jù)報(bào)道，2017年棄光、棄風(fēng)的能量約為三峽水庫(kù)全年的發(fā)電量。而且城市中有大量的余熱、“廢”熱沒(méi)有被有效利用，同樣是能源的浪費(fèi)。如何將這些廢棄的能量?jī)?chǔ)存起來(lái)并加以充分利用，是擺在地?zé)?/a>界乃至整個(gè)新能源和可再生能源界的大問(wèn)題。

目前，國(guó)際上已經(jīng)開始注意這些問(wèn)題，并提出了“地球電池”(earth battery)的概念。認(rèn)為將地球上各種多余的能量?jī)?chǔ)存到地下是一種將取能/儲(chǔ)能相結(jié)合的能源開發(fā)利用新途徑。但“地球電池”的提法不夠準(zhǔn)確，因?yàn)榈厍蚴且粋€(gè)可反復(fù)充電、用電的“電池”，就像現(xiàn)在大家廣泛使用的手機(jī)充電寶。因此，我認(rèn)為將這種儲(chǔ)能技術(shù)取名為“地球充電/熱寶”更為貼切，也更為通俗易懂。

讓地球來(lái)儲(chǔ)能

中國(guó)石油石化：與傳統(tǒng)的儲(chǔ)能技術(shù)相比，“地球充電/熱寶”有什么優(yōu)勢(shì)?

汪集暘：與傳統(tǒng)的儲(chǔ)能技術(shù)相比，“地球充電/熱寶”至少具有以下優(yōu)點(diǎn)。

第一，規(guī)模大。一般水箱儲(chǔ)熱的容量均小于105立方米，而“地球充電/熱寶”利用地下含水層儲(chǔ)熱的容量可大于106立方米。

第二，應(yīng)用廣。“地球充電/熱寶”不僅可以利用風(fēng)能、太陽(yáng)能無(wú)法消納而剩余下來(lái)的能量，也可將城市中的廢熱、余熱集中起來(lái)加以儲(chǔ)存和利用，比如發(fā)電廠、污水處理廠的余熱。

第三，跨季節(jié)。風(fēng)力、光伏的資源總量雖然大得多，但存在時(shí)間、空間上供需不匹配的問(wèn)題。在中國(guó)諸如長(zhǎng)三角等冬冷夏熱的地區(qū)，可將夏季酷暑難熬時(shí)的多余熱量存儲(chǔ)于地下含水層中，供冬季嚴(yán)寒時(shí)取出來(lái)加以利用。

第四，成本低。據(jù)初步估算，水箱儲(chǔ)熱的成本為40~100元/千瓦時(shí)。若用“地球充電/熱寶”儲(chǔ)熱，則成本大幅度降低，可降至0.1~20元/千瓦時(shí)。

中國(guó)石油石化：您看好“地球充電/熱寶”的應(yīng)用前景嗎?

汪集暘：當(dāng)然。這種儲(chǔ)能技術(shù)已有不少成功應(yīng)用的實(shí)例。例如，德國(guó)2004年就在Kiel地區(qū)建立了基于地下含水層的跨季節(jié)儲(chǔ)熱系統(tǒng)。該項(xiàng)目的冷井工作溫度約在10℃左右，利用1000平米的屋頂太陽(yáng)能集熱器作為熱源，使熱井工作溫度達(dá)到50℃左右，為108棟公寓共計(jì)7000平米的社區(qū)進(jìn)行供暖。

瑞士計(jì)劃在首都伯爾尼地區(qū)將發(fā)電站的廢熱存儲(chǔ)在地下砂巖含水層，以實(shí)現(xiàn)在冬季為該市舊城區(qū)提供供暖。該項(xiàng)目利用發(fā)電廠生產(chǎn)過(guò)程中廢物、木材和天然氣等焚燒產(chǎn)生的熱量加熱地下水并將其泵入地下200~500米深的砂巖層中進(jìn)行存儲(chǔ)，預(yù)計(jì)可存儲(chǔ)熱容量為3~12兆瓦的廢熱。

結(jié)合當(dāng)前中國(guó)的實(shí)際情況來(lái)看，北方地區(qū)清潔供暖是擺在全國(guó)地?zé)?/a>工作者面前的一個(gè)大問(wèn)題。無(wú)論是北京城市副中心、雄安新區(qū)，還是京津冀地區(qū)，地球充電/熱寶都大有用武之地。

舉例來(lái)說(shuō)，雄安新區(qū)自2004年大規(guī)模開采深部震旦系霧迷山組大型巖溶熱儲(chǔ)的地下熱水進(jìn)行全縣供暖以來(lái)，水位從2004年的地下42米急速下降至2012年的地下81米。8年間下降了39米，平均每年下降近5 米。可以想象，這部分采出的地下熱水空間若加以回灌補(bǔ)充，可儲(chǔ)存巨大的熱水體積，從而增加雄安地區(qū)的地?zé)豳Y源潛力。而且回灌后，可補(bǔ)充地?zé)崽?/a>下降的熱儲(chǔ)壓力，也有助于恢復(fù)地下水位。

《“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》在“地?zé)崮荛_發(fā)與利用技術(shù)”板塊的“應(yīng)用推廣”部分中提出，推廣含水層儲(chǔ)能、巖土儲(chǔ)能等跨季節(jié)地下儲(chǔ)熱技術(shù)利用，因地制宜推廣集地?zé)崮馨l(fā)電、供熱(冷)、熱泵于一體的地?zé)峋C合梯級(jí)利用技術(shù)。在“集中攻關(guān)”部分提出，開展高溫含水層儲(chǔ)能和中深層巖土儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)余熱廢熱的地下儲(chǔ)能。

這進(jìn)一步明確了“地球充電/熱寶”儲(chǔ)能技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用。比如，發(fā)展含水層儲(chǔ)能技術(shù)，以地下水為介質(zhì)，以100%原水同層對(duì)井回灌為手段，利用含水層的地質(zhì)熱慣性進(jìn)行開發(fā)。冬冷夏用，夏熱冬用，冷熱聯(lián)供，是中央空調(diào)系統(tǒng)的最佳冷熱源。與燃?xì)?a href="http://sxvnqb.com/t/供熱.html" >供熱和電制冷的傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)比較，供暖節(jié)能50%、制冷節(jié)能80%，同時(shí)可解決國(guó)內(nèi)地下水源熱泵地下水不能有效回灌的瓶頸，讓地下水源熱泵起死回生。

做好頂層設(shè)計(jì)

中國(guó)石油石化：在現(xiàn)代能源體系建設(shè)中促進(jìn)我國(guó)地?zé)岙a(chǎn)業(yè)發(fā)展，您有什么建議?

汪集暘：發(fā)展地?zé)岙a(chǎn)業(yè)，一定要有頂層設(shè)計(jì)，要有總的規(guī)劃。規(guī)劃怎么做?首先要看資源條件。

我國(guó)地?zé)豳Y源比較豐富。《中國(guó)可再生能源發(fā)展報(bào)告(2020)》的數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)336個(gè)主要城市淺層地?zé)崮?/a>年可開采資源量折合標(biāo)準(zhǔn)煤7億噸。在回灌情景下，中深層地?zé)崮?/a>年可開采資源量折合標(biāo)準(zhǔn)煤18.65億噸。全國(guó)埋深3000~10000米的深層地?zé)?/a>基礎(chǔ)資源量約為2.5×10^35焦耳，折合標(biāo)準(zhǔn)煤856萬(wàn)億噸。

雖然資源量豐富，但是分布不均勻。淺層地?zé)豳Y源在全國(guó)范圍內(nèi)普遍較為豐富，主要分布在北京、天津、河北、山東、江蘇、湖南、安徽、上海、陜西等省份。中深層地?zé)豳Y源以中低溫為主、高溫為輔。中低溫型地?zé)豳Y源主要分布在華北、松遼、蘇北、江漢、鄂爾多斯、四川等平原和盆地，以及東南沿海、膠東半島和遼東半島等山地丘陵地區(qū)。而高溫型地?zé)豳Y源主要分布在西藏自治區(qū)南部、云南省西部、四川省西部和臺(tái)灣省。我歸納為“東高西低、南高北低”。

其次要看需求。北方有清潔取暖的需求，南方有因冬冷夏熱而產(chǎn)生的供暖、制冷需求。基于資源和需求兩方面的考慮，我認(rèn)為我國(guó)地?zé)衢_發(fā)應(yīng)該遵循“深淺兼顧、由淺及深，熱電并舉、以熱為主、西電東熱，干濕有度、先濕后干”的總方針。

中國(guó)石油石化：為什么是“深淺兼顧、由淺及深，熱電并舉、以熱為主、西電東熱，干濕有度、先濕后干”?

汪集暘：這主要是從經(jīng)濟(jì)性方面考慮。開發(fā)地?zé)?/a>不能只算政治賬，更應(yīng)該算經(jīng)濟(jì)賬。

200米以淺的淺層地?zé)衢_發(fā)難度低，用熱泵技術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)開發(fā)利用，因此利用成本低。而且江河湖海等水體里蘊(yùn)含的熱能都可以開發(fā)利用。南京江北新區(qū)江水源熱泵區(qū)域供冷供熱項(xiàng)目，根據(jù)項(xiàng)目規(guī)劃可向新區(qū)核心區(qū)的8.75平方公里近1600萬(wàn)平方米建筑群提供供冷供熱服務(wù)，每年可為新區(qū)節(jié)約用電量1.4億度電，相當(dāng)于少燒4.69萬(wàn)噸標(biāo)煤。從資源量上來(lái)說(shuō)，已經(jīng)可以很大程度上滿足清潔取暖、制冷方面的需求。而越往深層，開發(fā)難度越大，對(duì)設(shè)備、技術(shù)的要求越高，成本也越高。因此，應(yīng)該“深淺兼顧、由淺及深”。

至于“熱電并舉、以熱為主、西電東熱”是由我國(guó)地?zé)豳Y源的分布情況決定的。我國(guó)的地?zé)豳Y源以中低溫為主，更適合發(fā)展供熱。比如，東部地區(qū)的地?zé)豳Y源用來(lái)發(fā)電品位不夠，而夏熱冬冷的氣候情況，用地?zé)峁┡?/a>很適合。截至2020年，我國(guó)淺層地?zé)嵩礋岜霉┡?制冷)面積已達(dá)到約8.58億平方米，位居世界第一。中國(guó)北方地區(qū)中深層地?zé)峁┡?/a>面積累計(jì)約1.52億平方米。其中，河南等地增長(zhǎng)較快，形成較大規(guī)模的開發(fā)利用，在散煤替代和實(shí)現(xiàn)區(qū)域清潔取暖方面發(fā)揮了較大作用。我國(guó)150℃以上的高溫地?zé)豳Y源集中在西藏、云南騰沖一帶的滇藏地?zé)釒?/a>上，因此我國(guó)的地?zé)岚l(fā)電站也較為集中在這一地區(qū)。《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》明確指出，“積極推進(jìn)地?zé)崮芄嶂评?/a>，在具備高溫地?zé)豳Y源條件的地區(qū)有序開展地?zé)崮馨l(fā)電示范”。地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)容量落后于其他國(guó)家沒(méi)有關(guān)系，不應(yīng)以地?zé)岚l(fā)電量論英雄，應(yīng)以我國(guó)的實(shí)際需求為導(dǎo)向，以熱為主、西電東熱。

說(shuō)到“干濕有度、先濕后干”，我對(duì)近年來(lái)炒得很熱的干熱巖并不看好。深層(4000~10000米)干熱巖雖然資源量巨大，但開發(fā)難度很大，技術(shù)、裝備水平達(dá)不到，因此開發(fā)成本高昂。從上世紀(jì)70年代末至今，全世界前前后后有64個(gè)國(guó)家開發(fā)過(guò)干熱巖，但到現(xiàn)在只有位于德國(guó)、法國(guó)交界處的1個(gè)干熱巖項(xiàng)目成功了。而該項(xiàng)目前后投資了1億多歐元，只有2000千瓦的裝機(jī)容量，投入產(chǎn)出比太低。賠本的買賣不能干，我國(guó)發(fā)展干熱巖應(yīng)慎之又慎。可以做一些前期研發(fā)、跟蹤，但大量投入沒(méi)有必要。說(shuō)白了，開發(fā)干熱巖是要人造熱儲(chǔ)系統(tǒng)，但已經(jīng)有很好的天然水熱系統(tǒng)為什么放著不用，而要花巨資去人造?

總而言之，以這樣的頂層設(shè)計(jì)，政產(chǎn)學(xué)研用金服結(jié)合起來(lái)，特別是決策者要有清醒的認(rèn)識(shí)，共同促進(jìn)我國(guó)地?zé)岙a(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，為現(xiàn)代能源體系建設(shè)做出更大貢獻(xiàn)。