吉林省地熱能開發利用現狀及前景展望

孫 雷

(中國電力工程顧問集團東北電力設計院有限公司,長春 130021)

0 引言

吉林省能源資源種類較為齊全,以煤炭為代表的傳統化石能源儲量不足,而風能、太陽能、地熱能等可再生能源發展潛力較大。近年來,全省化石能源供應形勢趨緊,為提升能源安全保障能力,在吉林省積極發展地熱能,特別是在供熱領域減輕對煤炭的依賴是十分必要的。隨著全國能源綠色低碳轉型的持續推進和“碳達峰、碳中和”目標的深入落實,大力發展可再生能源、改善能源消費結構成為未來能源發展的重要趨勢,也為地熱能開發利用創造了難得的機遇。在上述背景下,為推動吉林省能源高質量發展,本文展望全省地熱能開發利用前景,并從發展模式和保障措施等方面提出相關建議。

1 地熱能資源稟賦

地熱能是指賦存于地球內部巖土體、流體和巖漿體中,能夠被人類開發利用的熱能,地熱資源按利用介質分為水熱型和巖熱型;按埋深分為淺層地熱資源、中深層地熱資源和深層地熱資源[1],埋深D小于200 m且溫度T低于25 ℃為淺層地熱資源,200 m≤D<3 000 m且25 ℃≤T<80 ℃為中深層地熱資源,D≥3 000 m且T≥180 ℃為深層地熱資源 (也稱作干熱巖)。

目前吉林省探明的地熱能資源主要集中在淺層和中深層,其中淺層地熱能資源比較豐富,主要集中在白城、松原、長春、吉林、四平、琿春、敦化地區;中深層地熱能資源普遍存在于全省各個地區,但總體勘查程度較低且分布不均,按構造單元來劃分,可以劃分為4個賦存區,分別為伊舒斷陷盆地區、吉林南部地臺區、松遼沉積盆地區和敦密斷陷盆地區,總體勘查工作以地熱資源調查及普查為主,累計完成勘查面積約588×106m2;深層地熱能(干熱巖)相關研究處于起步階段,目前未進行專門的勘察工作,據初步理論分析,吉林省可能存在干熱巖地熱能區域為松遼盆地、長白山附近地區。通過體積法估算,松遼盆地干熱巖資源總量折合標準煤為238×108t。

2 地熱能開發利用現況

2.1 項目開發情況

目前吉林省地熱資源開發利用對象為淺層地熱資源和中深層地熱資源,并以淺層地熱資源為主,主要用于供暖。截至2020年底全省地熱資源供暖面積350×104m2,占全省總供暖面積的0.5%左右。

目前吉林省淺層地熱資源的普遍利用形式是地熱供暖。截至2020年底,全省淺層地熱資源開發利用項目總數100余個,其中水熱型項目75個,供暖(制冷)面積252×104m2;巖熱型項目40個,供暖(制冷)面積90×104m2。此類項目多處于運行初期,供熱效果良好。

中深層地熱資源的開發利用主要集中在中部的長春、吉林、四平伊通地區和東部的長白山及周邊地區,利用方式多樣。水熱型資源主要用于溫泉洗浴、休閑療養等,多為直接取水、取熱,直接利用。除溫泉洗浴外,部分地熱項目采用了地熱資源梯級利用技術就近進行建筑供暖;巖熱型資源主要用于供暖,全省在松原地區有3個運行項目,均為住宅區供熱項目,在長春地區有3個在建項目,分別位于中韓國際合作示范區創新基地、長春現代物流園和長春大學。

2.2 財政支持情況

吉林省財政廳、住建廳發布的《吉林省建筑節能獎補資金管理辦法》(吉財建〔2021〕514號)對建筑節能項目進行獎勵。吉林省財政廳在“十三五”期間每年安排獎補資金一千余萬元支持升級可再生能源建筑應用示范項目,省住建廳利用上述資金獎補了78個地熱能項目?！笆奈濉币詠?該項補貼強度退坡,巖熱型項目補貼由“十三五”初期的60元/m2降至目前的40元/m2,水熱型項目補貼由60元/m2降至30元/m2。省科技廳2018年投入經費100×104元,支持吉林建筑大學開展地熱資源開發關鍵技術研究。

2.3 存在的問題

1) 資源評價程度偏低。吉林省淺層地熱資源的調查均圍繞水熱型資源開展,幾乎沒有巖熱型資源的適宜性勘查,工作主要集中在省會及主要城市進行,未實現區域全覆蓋;中深層地熱資源勘查工作主要集中在吉林省中部地區,其他區域工作量極少;對于深層干熱巖的勘查也未開展實際鉆探工作,地熱資源開發利用工作的開展缺乏支撐。

2) 開發利用成本較高。中深層地熱資源是吉林省未來地熱資源開發利用的主攻方向,但中深層地熱資源的勘探開發技術十分復雜,不確定性較大,存在初期資金投入高、回收期長、經濟風險高等特點。以深層巖熱型地熱采暖為例,10×104m2供熱項目運行20年后可獲得超過2 000×104元的經濟效益,但初期投資費用近3 300×104元,比傳統燃煤采暖初期投資300×104元增加近3 000×104元,過高的初期投資抬高了行業門檻。

3) 政策支持力度不足。吉林省地熱資源開發利用處于初期導入階段,盡管目前吉林省出臺了在應用側的補貼政策,但補貼力度不足,且近年來補貼逐年退坡,難以推動規?；瘧?而在資源勘查和開發領域尚未出臺相應的財政支持政策,長期以來勘探開發企業積極性不高,缺乏市場活力。

4) 應用程度有待提高。截至2020年底全省地熱資源供暖面積占總供暖面積的0.5%左右,遠低于全國5.3%的平均水平。主要原因有:第一,吉林省冬季氣候寒冷,對于供熱穩定性和可靠性要求較高,而吉林省淺層地熱資源供暖效果和可持續性與燃煤供暖相比仍有一定差距,市場接受度不如我國南方地區;第二,燃煤供暖負荷改造面臨缺少改造資金、缺乏物理空間、區域供熱特許經營權限制等多重因素,為提升普及率需要多方面政策支持。

5) 尚未達成社會共識。近年來吉林省開展了地熱資源開發利用試點工作,但由于該項工作起步較晚,政府相關部門管理者、開發商以及用戶對地熱資源的技術特點、經濟效益等了解不充分,地熱資源開發利用的社會認知程度普遍不高,亟須加大宣傳力度,凝聚共識。

3 面臨的形勢

3.1 全球地熱資源行業發展進入上升期

全球地熱資源以直接利用為主,多用于采暖、工業、農業、醫療、旅游等方面。2020年全球地熱能直接利用量1.02×1018J[2],較2015年增長72.3%,增速較快,行業發展勢頭良好。中國、美國、瑞典、德國、土耳其位居全球地熱能直接利用量前五名。隨著環境壓力的不斷增大,以及地熱資源開發利用技術的不斷突破,未來全球地熱資源開發利用前景更加廣闊。

3.2 對能源安全保障提出更高要求

能源安全是經濟社會發展的基礎。近年來,多重因素導致我國能源安全保障面臨挑戰,為提升能源安全保障能力,減少對煤、油等化石能源的依賴,大力發展可再生能源、提升可再生能源在供給側的比重是十分必要和迫切的,地熱能作為可再生能源應用中成熟度較高的能源形式,有望在保障能源安全的任務中發揮先導作用。

3.3 雙碳目標助推地熱資源開發利用

我國力爭在2030年前實現碳達峰,2060年前實現碳中和,是黨中央經過深思熟慮作出的重大戰略決策。國務院印發的《2030年前碳達峰行動方案》中明確“探索深化地熱能開發利用”、“因地制宜推行地熱能等清潔低碳供暖”。大力開發地熱資源,對于替代化石能源、減少二氧化碳排放具有顯著作用,有利于推動能源綠色低碳轉型,是如期實現“碳達峰、碳中和”目標的重要方法,未來發展空間巨大。

3.4 政策利好促進地熱資源加速發展

2021年4月國家發展和改革委員會等8部委印發的《關于促進地熱能開發利用的若干意見》(國能發新規 〔2021〕43號)中提出地熱能開發利用目標,“到2025年地熱能供暖(制冷)面積比2020年增加50%”、“到2035年,地熱能供暖(制冷)面積力爭比2025年翻一番”,為我國未來地熱資源開發利用設定了時間表。近年來,國家及地方層面均出臺了一些財政補貼和優惠政策,積極助推地熱資源的開發和利用。隨著未來相關政策的出臺和完善,地熱資源將迎來更加有利的發展環境。

3.5 吉林省地熱能開發利用規模預期

根據上述形勢初步判斷未來吉林省地熱能開發利用將經歷3個階段:第一階段為示范試點階段,目前到2025年,全省地熱資源開發利用試點工程深入開展,應用場景更加豐富,管理流程基本建立,標準體系和研發體系基本完善,預計到2025年地熱資源供熱(制冷)面積比2020年增長50%以上,達到550×104m2左右;第二階段為全面推廣階段,2026年到2035年,地熱資源開發利用由試點階段過渡至推廣階段,預計到2035年地熱資源供熱(制冷)面積比2025年翻一番,達到1 100×104m2左右;第三階段為快速發展階段,2036年到遠景年地熱資源供熱(制冷)面積持續增長,有望成為吉林省供熱(制冷)的重要能源形式之一。

4 開發利用模式

為實現吉林省地熱能高質量發展,一方面,需要做大做強傳統地熱能供熱模式,實現提質增效,擴大應用規模;另一方面,結合吉林省發展特點加快地熱能應用模式創新,開辟新路徑,打造新業態。通過傳統方式和創新方式“點面結合”協同發展,實現全省地熱能開發利用“質”和“量”的同步提升。

4.1 深挖傳統地熱能供熱潛力

因地制宜發展淺層地熱能,對于水文、地質條件適宜地區,在回灌技術成熟、不污染地下水的前提下,穩妥推進水源熱泵供暖(制冷);對于供暖集中程度要求不高的場景,在滿足土壤熱平衡的前提下,積極推進土壤源熱泵供暖(制冷);穩妥推進中深層地熱示范工程,依據賦存情況優先選擇“取熱不取水”技術開發利用中深層地熱資源,最大程度地減少對地下土壤、巖層和水體的干擾,避免對地下水資源和環境造成損害。在全省工業園區、旅游景區、新建住宅區、政府性投資的公共建筑(如辦公樓、學校、醫院)等場景開展中深層地熱資源采暖示范。

4.2 因地制宜打造新模式

1) “地熱+多能互補”模式。推進地熱資源與其他能源互補協同開發利用,推動地熱資源與電能的深度融合,提升用能效率,滿足項目自身運行可持續性要求。建議在吉林省西部如白城、松原新能源資源豐富地區開展風能、太陽能、地熱資源綜合應用的供電、供暖一體化示范項目,提升地熱資源開發利用效益,將園區內新能源電價優勢從供電領域傳導至供熱領域,同時借助地熱資源供熱負荷靈活可調的優勢,提升電力系統靈活性,促進風、光電力消納。選擇適宜場景發展地熱資源冷熱聯供模式,實現地熱資源梯級高效利用。推動地熱資源開發運營數字化、智能化,構建智慧能源調度管理系統。

2) “地熱+鄉村振興”模式。加快地熱資源開發利用與鄉村振興相結合,探索農村地區供暖多元化,實現地熱資源、太陽能、生物質能等供熱形式因地制宜地開發利用。選取具備資源條件的鄉村開展地熱資源供熱試點,替代散煤燃燒。促進地熱資源與農業的深度融合,探索利用地熱建造溫室養花、育秧、培育菌種,利用地熱水養魚,利用地熱加熱沼氣池等,積極推動地熱資源在全省“千萬頭肉?！惫こ讨械囊幠；瘧?加速形成農業發展新業態,助力全省鄉村振興。

3) “地熱+旅游康養”模式。挖掘地熱資源在旅游康養產業的發展潛力,建議在吉林省東部如長白山、伊通、撫松等溫泉集聚區開展地熱資源綜合利用示范項目,做大做強溫泉旅游、醫療康養等朝陽產業,加速創新、完善配套,提升品牌知名度和影響力,帶動區域經濟綠色發展,打造全省經濟發展新引擎。

5 結束語

5.1 做好地熱資源開發利用頂層設計

科學編制吉林省地熱資源開發利用規劃,將地熱資源開發利用納入全省可再生能源發展整體布局,根據礦產資源規劃總體部署,以地熱田為單元,編制地熱資源開發利用規劃,明確地熱資源開發利用的方針目標和發展路徑。加強規劃與產業、供熱、土地利用、環境保護、城鄉建設等領域規劃的銜接,突出規劃的引領作用和指導作用。

5.2 健全完善管理體系

加強對地熱能開發利用項目的信息化管理,建立地熱能開發利用信息管理平臺,組織本地地熱能供暖(制冷)項目業主在地熱能信息管理平臺中錄入項目備案、等級信息,并在供暖期內按月更新項目的運行狀況,定期將地熱開發利用數據上報統計部門。建立地熱資源動態監測體系,開展地下熱水溫度、流量等動態物理信息的綜合監測。加大對地熱能供暖(制冷)項目地下熱水及回灌水質監測,定期向生態環境主管部門備案。

5.3 加強研發體系建設

加強創新引導,建立能源企業、高校、研究機構、應用企業“四位一體”的產學研用機制,以科技創新引領產品創新、產業創新、商業模式創新。重點支持技術研發創新平臺建設,鼓勵企業、科研機構廣泛開展國內外技術交流合作。完善人才激勵機制,建設全省地熱資源相關產業發展創新智庫、專家庫,為促進地熱資源開發利用的規?；l展和商業化運營提供人才支撐。鼓勵重大科技攻關。開展創新研發“揭榜掛帥”,重點攻克關鍵技術,盡快形成自主知識產權。

5.4 加大財政支持力度

加強地熱資源清潔供暖項目財政補貼力度,按照實際情況選擇采用一次性初裝補貼、按采暖面積補貼或電價補貼等形式,示范階段減緩補貼退坡;建立地熱勘探開發領域財政補貼制度,對地質調查、地球物理探測、地熱鉆探井、生產測試、開發區潛能評估等工程給予一定比例的成本補貼;加快設立地熱資源科技專項補貼,加強對重大科技攻關項目的支持力度。探索依托能源主管部門建立地熱資源開發利用專項基金,直接用于引導地熱資源勘探、開發、利用項目建設,提升基金利用效率和針對性。