來自地球深處的能量，為千年大計(jì)雄安提供源源不斷的清潔能源
時(shí)間：2022-04-22
來源：imsia
氣候問題日益突出，全球都在尋找可以替代化石燃料的能源。地?zé)崮芫哂袃?chǔ)量大、分布廣、清潔環(huán)保、穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，因此也逐漸引起了世界的注意。
人類很早以前就開始利用地?zé)崮埽缭谂f石器時(shí)代就有利用溫泉沐浴、醫(yī)療，在古羅馬時(shí)代利用地下熱水取暖等、近代有建造農(nóng)作物溫室、水產(chǎn)養(yǎng)殖及烘干谷物等。但真正認(rèn)識(shí)地?zé)豳Y源并進(jìn)行較大規(guī)模的開發(fā)利用卻是始于20世紀(jì)中葉，目前，地?zé)釀t更多地被用來發(fā)電。
在地?zé)崮馨l(fā)電方面，根據(jù) Think GeoEnergy Research 的數(shù)據(jù)，到 2021 年，有五個(gè)國(guó)家的地?zé)崮馨l(fā)電量超過了1吉瓦。這些國(guó)家包括美國(guó)、印度尼西亞、菲律賓、土耳其和新西蘭。
在地?zé)崮苤苯永梅矫妫鶕?jù)世界地?zé)岽髸?huì)數(shù)據(jù)，2000 年起中國(guó)地?zé)崮苤苯永昧恳恢狈€(wěn)居世界第一，其中2020 年直接利用量占世界總量43.4%，地?zé)峁┡娣e累計(jì)達(dá)14 億平方米，年替代標(biāo)煤近2800 萬噸。美國(guó)、瑞典、德國(guó)、土耳其直接利用量分別位列二至五位。
在國(guó)內(nèi)，雄安新區(qū)則是地?zé)崮芾玫臉?biāo)桿。從2009年開始，中國(guó)石化新星公司就在雄縣開發(fā)地?zé)崮埽⑴c雄縣政府合作打造地?zé)崮荛_發(fā)利用“雄縣模式”， 利用地?zé)崮軐⑿劭h打造成為了全國(guó)首座地?zé)峁┡?ldquo;無煙城”。
隨著雄安新區(qū)的開發(fā)建設(shè)，2017~2019年供暖季，先后在雄安完成11個(gè)自然村地?zé)岽焊脑旃こ蹋ǔ尚劭h農(nóng)村地?zé)岽菏痉俄?xiàng)目，為5000余戶村民提供清潔地?zé)峁┡?ldquo;雄縣模式”升級(jí)發(fā)展為地?zé)崮荛_發(fā)利用“雄安模式”，為新區(qū)建設(shè)提供了清潔能源開發(fā)利用的成功案例。在2021年7月，雄安新區(qū)地?zé)衢_發(fā)項(xiàng)目被國(guó)際可再生能源署（IRENA）列入全球推廣項(xiàng)目名錄，成為了當(dāng)年全球僅有的5個(gè)推廣項(xiàng)目之一。
地?zé)崮埽╣eothermal energy）是由地殼抽取的天然熱能，這種能量來自地球內(nèi)部的熔巖，能量來源主要是地球內(nèi)部長(zhǎng)壽命放射性同位素?zé)岷朔磻?yīng)產(chǎn)生的熱能，其以熱力形式存在，是引致火山爆發(fā)及地震的能量。
地球內(nèi)部的溫度高達(dá)攝氏6500度以上，而在80至100公里的深度處，溫度會(huì)降至攝氏650度至1200度。透過地下水的流動(dòng)和熔巖涌至離地面1至5公里的地殼，熱力得以被轉(zhuǎn)送至較接近地面的地方。高溫的熔巖將附近的地下水加熱，這些加熱了的水最終會(huì)滲出地面。運(yùn)用地?zé)崮茏詈?jiǎn)單和最合乎成本效益的方法，就是直接取用這些熱源，并抽取其能量。
地?zé)豳Y源的開發(fā)利用可分為發(fā)電和直接利用兩個(gè)方面。高溫地?zé)豳Y源主要用于發(fā)電；中溫和低溫地?zé)豳Y源則以直接利用為主；對(duì)于25℃以下的淺層地?zé)崮埽衫玫卦礋岜眠M(jìn)行供暖和制冷。
地?zé)崮苜Y源主要包括：淺層地溫能、水熱型地?zé)豳Y源及干熱巖地?zé)豳Y源等類型。淺層地?zé)崮苁侵冈谔柲芎偷匦臒岬木C合作用下，在大地表層（一般400 米以內(nèi)）形成的相對(duì)恒溫層中的土壤、砂巖和地下水所蘊(yùn)含的低溫?zé)崮埽瑴\層地能儲(chǔ)量較大、再生迅速、分布廣泛、溫度四季適中，并且不存在永久消耗問題，是大型的“綠色能源寶庫(kù)”。水熱型地?zé)豳Y源是以蒸氣為主的地?zé)豳Y源和以液態(tài)水為主的地?zé)豳Y源的統(tǒng)稱，也就是我們常見的溫泉和地?zé)峋S著熱泵技術(shù)、鉆井技術(shù)的不斷發(fā)展，水熱型地?zé)崮芤殉蔀榈責(zé)峁┡闹匾獊碓础８蔁釒r型地?zé)崮苁俏磥淼責(zé)崮馨l(fā)展的重要領(lǐng)域，是指淺藏在地殼表層的熔巖或尚未冷卻的巖體，可以人工方法造成裂隙破碎帶，再鉆孔注入冷水使其加熱成蒸汽和熱水后將熱量引出，其開發(fā)方式尚在研究中。
雄安新區(qū)及其周邊地區(qū)地理位置上屬于環(huán)渤海灣盆地冀中坳陷，區(qū)內(nèi)古潛山地?zé)豳Y源非常豐富，熱儲(chǔ)主要為中上元古界薊縣系霧迷山組和長(zhǎng)城系高于莊組裂縫—溶洞型白云巖，熱儲(chǔ)厚度大，儲(chǔ)量豐富（4 000 m 以淺地?zé)豳Y源量為378.3×109 GJ，熱水總量為526×108 m3），開發(fā)利用潛力巨大。
自然資源部中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局2020年發(fā)布的雄安新區(qū)綜合地質(zhì)調(diào)查系列成果顯示，雄安新區(qū)地?zé)豳Y源豐富，儲(chǔ)量大、溫度高、水質(zhì)好、易回灌，技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境可行條件下適宜規(guī)模化開發(fā)利用，可為打造綠色生態(tài)宜居新城區(qū)提供穩(wěn)定安全的清潔能源供給。調(diào)查成果顯示，雄安新區(qū)淺層地?zé)崮軓V泛分布于地下0～200米，適合地埋管地源熱泵的利用，可利用資源量折合標(biāo)準(zhǔn)煤400萬噸/年，能滿足約1億平方米建筑物供暖、制冷需要。中深層地?zé)嶂饕堑叵聼崴蟹植荚谛劭h、容城、高陽三個(gè)大中型地?zé)崽锏叵?00～4000米，熱儲(chǔ)層溫度60℃～130℃，在采灌均衡條件下地下熱水可利用資源量為4億立方米/年，折合標(biāo)準(zhǔn)煤346萬噸/年，可支撐供暖面積超過1億平方米。
歷史上雄縣與中國(guó)大部分冬季需燃煤供暖的北方地區(qū)一樣，每到供暖季環(huán)境污染十分嚴(yán)重，因取暖年排放二氧化碳16.87 萬噸，二氧化硫0.43 萬噸，煤塵1.06 萬噸。當(dāng)時(shí)的雄縣，雖坐擁“溫泉之鄉(xiāng)”的美譽(yù)，但由于對(duì)地?zé)豳Y源缺乏統(tǒng)一規(guī)劃和有效管理，私人及部分房地產(chǎn)開發(fā)商“直供、直排”的掠奪性開發(fā)方式，造成了地?zé)豳Y源的嚴(yán)重浪費(fèi)。
直到2009年，雄縣政府拿出“壯士斷腕”的決心，聯(lián)手中國(guó)石化，開創(chuàng)形成了“政企合作、市場(chǎng)運(yùn)行、統(tǒng)一開發(fā)、技術(shù)先進(jìn)、環(huán)境保護(hù)、百姓受益”地?zé)豳Y源開發(fā)的“雄縣模式”，成功打造了我國(guó)第一個(gè)地?zé)峁┡?ldquo;無煙城”，助力雄縣走出了一條可持續(xù)發(fā)展的新路子。
“雄縣模式”的主要內(nèi)涵：一是政府制定相應(yīng)的扶持政策和服務(wù)措施，制定地?zé)崮荛_發(fā)專項(xiàng)規(guī)劃和地?zé)豳Y源管理辦法。二是加強(qiáng)組織領(lǐng)導(dǎo)，雄縣成立地?zé)豳Y源開發(fā)領(lǐng)導(dǎo)小組和地?zé)峁芾磙k公室，統(tǒng)一地?zé)豳Y源管理、服務(wù)、協(xié)調(diào)解決開發(fā)中出現(xiàn)的問題。三是政府將地?zé)豳Y源授予企業(yè)整體開發(fā)，進(jìn)行整體規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的、可持續(xù)開發(fā)。四是由企業(yè)“一體化”投資、建設(shè)、經(jīng)營(yíng)管理。
在“統(tǒng)一政策、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一開發(fā)”的框架下，在雄安新區(qū)設(shè)立前，雄縣縣內(nèi)已擁有地?zé)峋?8 口（其中回灌井24 口），換熱站35座，建成供暖能力450 萬平方米，城區(qū)95%以上的建筑實(shí)現(xiàn)地?zé)峁┡緦?shí)現(xiàn)了城區(qū)地?zé)峒泄崛采w以及二氧化碳、二氧化硫、粉塵“零”排放。
在2017年4月1日中央決定成立雄安新區(qū)，且將雄縣、容城、安新劃歸雄安新區(qū)之后，雄安新區(qū)開始了“地?zé)?多種清潔能源” 集成利用探索，并將“雄縣模式”發(fā)展成了“雄安模式”。在“雄安模式”下，淺層地溫能、水熱型地?zé)豳Y源及干熱巖地?zé)豳Y源三中類型的地?zé)豳Y源通過直接利用和地?zé)岚l(fā)電兩種方式，以“地?zé)?多種清潔能源” 集成利用的形式高效地應(yīng)用于供暖、建筑用能、種植、養(yǎng)殖等多個(gè)場(chǎng)景。
其中水熱型地?zé)豳Y源利用技術(shù)的核心是“取熱不取水”，從開采井將地?zé)崴槌龊螅ㄟ^換熱器取熱，然后由回灌井將冷水重新注回地下水層。與此同時(shí)，另一套自來水循環(huán)系統(tǒng)將經(jīng)過加熱的水通過供暖管道送入千家萬戶，這樣實(shí)現(xiàn)“采灌平衡”。這種“取熱不取水”的方式開發(fā)利用地?zé)豳Y源，真正做到了取熱之后100%回灌地下水。
目前，圍繞智慧熱田建設(shè)，雄安已建成了第一個(gè)深層地?zé)峤Y(jié)合淺層制冷的“冷暖雙制”換熱站——容城城南行政中心換熱站；并建立了地?zé)峋畡?dòng)態(tài)數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了地?zé)衢_發(fā)自動(dòng)化采集監(jiān)測(cè)、無人值守、自動(dòng)調(diào)節(jié)。此項(xiàng)智能監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集技術(shù)(SCADA System)。在地?zé)崮芤?guī)模開發(fā)中實(shí)現(xiàn)了四大目標(biāo)：一是區(qū)域信息全覆蓋，將雄縣地區(qū)地?zé)峋Q熱站的所有關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行采集監(jiān)測(cè)。二是自動(dòng)報(bào)警，供暖過程中出現(xiàn)的如停電、管道滲漏等問題，系統(tǒng)自動(dòng)彈窗報(bào)警。三是可以根據(jù)室外天氣溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)井口水量，控制水溫。四是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、無人值守。
2020~2021年供暖季，在雄安平穩(wěn)運(yùn)行換熱站64座、地?zé)峋?34口，為7萬多戶居民提供清潔地?zé)峁┡Ｄ壳霸谛郯残聟^(qū)供暖面積已經(jīng)達(dá)到700萬平方米。而在2021供暖季雄安新區(qū)已建成清潔地?zé)峁┡嵴境^百座，敷設(shè)供熱管網(wǎng)約540公里，供暖能力超1000萬平方米，供暖面積700余萬平方米，年可替代標(biāo)準(zhǔn)煤16萬噸，減排二氧化碳40萬噸，相當(dāng)于植樹22萬棵。雄安新區(qū)政府表示，地?zé)豳Y源的整體利用為當(dāng)?shù)販p少了相當(dāng)于超過200萬噸的二氧化碳排放量。
未來，地?zé)崮苋詫樾郯残聟^(qū)這座世界矚目的未來之城構(gòu)建 “藍(lán)綠交織、清新明亮、水城共融”的生態(tài)城市持續(xù)助力。
地?zé)崮茉醋鳛橐环N環(huán)保和可持續(xù)的能源，其具有有能源供應(yīng)穩(wěn)定可全天候提供能量、減少碳排放、土地使用密集度低等優(yōu)點(diǎn)，還能與其他能源相互結(jié)合應(yīng)用，節(jié)省相當(dāng)大比率的其他燃料消耗，達(dá)到高溫高效率的利用價(jià)值。
與此同時(shí)，地?zé)豳Y源的開發(fā)，受環(huán)境先決條件之限制頗多，且開發(fā)過程中易造成環(huán)境污染，存在以下缺點(diǎn)：開發(fā)初期的探勘、鉆井成本高，技術(shù)要求高：例如抗腐蝕的管線會(huì)提高投資成本；環(huán)境副作用，地?zé)釤峋畬⑵茐牡乇碜匀痪坝^并影響生態(tài)，鉆探地?zé)豳Y源可以釋放儲(chǔ)存在地球表面下的氣體；安全管理風(fēng)險(xiǎn)高，可能會(huì)發(fā)生與地?zé)峄顒?dòng)相關(guān)的地震活動(dòng)。
雖然未來的發(fā)展面臨著挑戰(zhàn)，但地?zé)豳Y源的開發(fā)正越來越多地成為了許多國(guó)家在清潔能源轉(zhuǎn)型之路上的新選項(xiàng)。英國(guó)廣播公司援引國(guó)際地?zé)釁f(xié)會(huì)前主席亞歷克斯·里希特的話說，全球約有 600 座地?zé)岚l(fā)電廠正在運(yùn)營(yíng)或正在建設(shè)中，另有600座正在規(guī)劃中。“歐洲所有主要的公用事業(yè)公司都在以一種或另一種方式看待地?zé)幔?rdquo;里希特說。
與此同時(shí)，在拜登政府領(lǐng)導(dǎo)下的美國(guó)對(duì)利用地?zé)豳Y源的興趣正在增加，美國(guó)能源部(DOE)宣布為地?zé)徙@探技術(shù)項(xiàng)目提供 2000 萬美元的資金，并為從廢棄的油氣井中獲取地?zé)釢摿μ峁?840 萬美元的資金，并在近日發(fā)布了《2022-2026地?zé)崮荛_發(fā)多年期計(jì)劃》。報(bào)告中指出，地?zé)崮茏鳛橐环N穩(wěn)定、可靠的清潔能源，能夠在美國(guó)能源低碳轉(zhuǎn)型、應(yīng)對(duì)氣候變化和實(shí)現(xiàn)碳中和愿景等發(fā)展目標(biāo)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。預(yù)計(jì)到2050年，美國(guó)地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)容量有潛力增加26倍（相比2019年水平），達(dá)到60 吉瓦裝機(jī)規(guī)模。
近年來，中國(guó)也高度重視地?zé)崮苜Y源的科學(xué)開發(fā)利用。《地?zé)崮荛_發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》成為了中國(guó)歷史上第一個(gè)地?zé)衢_發(fā)利用計(jì)劃。2021年9月，國(guó)家能源局發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)地?zé)崮荛_發(fā)利用的若干意見》，提出地?zé)崮芄┡ㄖ评洌┟娣e比2020年增加50%，在資源條件好的地區(qū)建設(shè)一批地?zé)崮馨l(fā)電示范項(xiàng)目，全國(guó)地?zé)崮馨l(fā)電裝機(jī)容量比2020年翻一番；到2035年，地?zé)崮芄┡ㄖ评洌┟娣e及地?zé)崮馨l(fā)電裝機(jī)容量力爭(zhēng)比2025年翻一番。
目前，我國(guó)的地?zé)峁┡?ldquo;地?zé)岢鞘?rdquo;已基本建立，河北、陜西、山西、河南、山東、湖北、天津和13個(gè)省，自治區(qū)，直轄市，供熱能力近5000萬平方米。可替代142萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，減少二氧化碳排放370萬噸。預(yù)計(jì)到2023年，整體地?zé)峁┡芰⑦_(dá)到1億平方米。未來，在“雄安模式”的帶領(lǐng)下，中國(guó)的地?zé)豳Y源發(fā)展必將走上快車道，大力推動(dòng)地?zé)崮荛_發(fā)利用將成為做好碳達(dá)峰碳中和工作，助力構(gòu)建綠色低碳安全高效能源體系的重要抓手。
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