吉林省地热能开发利用现状及前景展望

孙 雷

(中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司,长春 130021)

0 引言

吉林省能源资源种类较为齐全,以煤炭为代表的传统化石能源储量不足,而风能、太阳能、地热能等可再生能源发展潜力较大。近年来,全省化石能源供应形势趋紧,为提升能源安全保障能力,在吉林省积极发展地热能,特别是在供热领域减轻对煤炭的依赖是十分必要的。随着全国能源绿色低碳转型的持续推进和“碳达峰、碳中和”目标的深入落实,大力发展可再生能源、改善能源消费结构成为未来能源发展的重要趋势,也为地热能开发利用创造了难得的机遇。在上述背景下,为推动吉林省能源高质量发展,本文展望全省地热能开发利用前景,并从发展模式和保障措施等方面提出相关建议。

1 地热能资源禀赋

地热能是指赋存于地球内部岩土体、流体和岩浆体中,能够被人类开发利用的热能,地热资源按利用介质分为水热型和岩热型;按埋深分为浅层地热资源、中深层地热资源和深层地热资源[1],埋深D小于200 m且温度T低于25 ℃为浅层地热资源,200 m≤D<3 000 m且25 ℃≤T<80 ℃为中深层地热资源,D≥3 000 m且T≥180 ℃为深层地热资源 (也称作干热岩)。

目前吉林省探明的地热能资源主要集中在浅层和中深层,其中浅层地热能资源比较丰富,主要集中在白城、松原、长春、吉林、四平、珲春、敦化地区;中深层地热能资源普遍存在于全省各个地区,但总体勘查程度较低且分布不均,按构造单元来划分,可以划分为4个赋存区,分别为伊舒断陷盆地区、吉林南部地台区、松辽沉积盆地区和敦密断陷盆地区,总体勘查工作以地热资源调查及普查为主,累计完成勘查面积约588×106m2;深层地热能(干热岩)相关研究处于起步阶段,目前未进行专门的勘察工作,据初步理论分析,吉林省可能存在干热岩地热能区域为松辽盆地、长白山附近地区。通过体积法估算,松辽盆地干热岩资源总量折合标准煤为238×108t。

2 地热能开发利用现况

2.1 项目开发情况

目前吉林省地热资源开发利用对象为浅层地热资源和中深层地热资源,并以浅层地热资源为主,主要用于供暖。截至2020年底全省地热资源供暖面积350×104m2,占全省总供暖面积的0.5%左右。

目前吉林省浅层地热资源的普遍利用形式是地热供暖。截至2020年底,全省浅层地热资源开发利用项目总数100余个,其中水热型项目75个,供暖(制冷)面积252×104m2;岩热型项目40个,供暖(制冷)面积90×104m2。此类项目多处于运行初期,供热效果良好。

中深层地热资源的开发利用主要集中在中部的长春、吉林、四平伊通地区和东部的长白山及周边地区,利用方式多样。水热型资源主要用于温泉洗浴、休闲疗养等,多为直接取水、取热,直接利用。除温泉洗浴外,部分地热项目采用了地热资源梯级利用技术就近进行建筑供暖;岩热型资源主要用于供暖,全省在松原地区有3个运行项目,均为住宅区供热项目,在长春地区有3个在建项目,分别位于中韩国际合作示范区创新基地、长春现代物流园和长春大学。

2.2 财政支持情况

吉林省财政厅、住建厅发布的《吉林省建筑节能奖补资金管理办法》(吉财建〔2021〕514号)对建筑节能项目进行奖励。吉林省财政厅在“十三五”期间每年安排奖补资金一千余万元支持升级可再生能源建筑应用示范项目,省住建厅利用上述资金奖补了78个地热能项目。“十四五”以来,该项补贴强度退坡,岩热型项目补贴由“十三五”初期的60元/m2降至目前的40元/m2,水热型项目补贴由60元/m2降至30元/m2。省科技厅2018年投入经费100×104元,支持吉林建筑大学开展地热资源开发关键技术研究。

2.3 存在的问题

1) 资源评价程度偏低。吉林省浅层地热资源的调查均围绕水热型资源开展,几乎没有岩热型资源的适宜性勘查,工作主要集中在省会及主要城市进行,未实现区域全覆盖;中深层地热资源勘查工作主要集中在吉林省中部地区,其他区域工作量极少;对于深层干热岩的勘查也未开展实际钻探工作,地热资源开发利用工作的开展缺乏支撑。

2) 开发利用成本较高。中深层地热资源是吉林省未来地热资源开发利用的主攻方向,但中深层地热资源的勘探开发技术十分复杂,不确定性较大,存在初期资金投入高、回收期长、经济风险高等特点。以深层岩热型地热采暖为例,10×104m2供热项目运行20年后可获得超过2 000×104元的经济效益,但初期投资费用近3 300×104元,比传统燃煤采暖初期投资300×104元增加近3 000×104元,过高的初期投资抬高了行业门槛。

3) 政策支持力度不足。吉林省地热资源开发利用处于初期导入阶段,尽管目前吉林省出台了在应用侧的补贴政策,但补贴力度不足,且近年来补贴逐年退坡,难以推动规模化应用,而在资源勘查和开发领域尚未出台相应的财政支持政策,长期以来勘探开发企业积极性不高,缺乏市场活力。

4) 应用程度有待提高。截至2020年底全省地热资源供暖面积占总供暖面积的0.5%左右,远低于全国5.3%的平均水平。主要原因有:第一,吉林省冬季气候寒冷,对于供热稳定性和可靠性要求较高,而吉林省浅层地热资源供暖效果和可持续性与燃煤供暖相比仍有一定差距,市场接受度不如我国南方地区;第二,燃煤供暖负荷改造面临缺少改造资金、缺乏物理空间、区域供热特许经营权限制等多重因素,为提升普及率需要多方面政策支持。

5) 尚未达成社会共识。近年来吉林省开展了地热资源开发利用试点工作,但由于该项工作起步较晚,政府相关部门管理者、开发商以及用户对地热资源的技术特点、经济效益等了解不充分,地热资源开发利用的社会认知程度普遍不高,亟须加大宣传力度,凝聚共识。

3 面临的形势

3.1 全球地热资源行业发展进入上升期

全球地热资源以直接利用为主,多用于采暖、工业、农业、医疗、旅游等方面。2020年全球地热能直接利用量1.02×1018J[2],较2015年增长72.3%,增速较快,行业发展势头良好。中国、美国、瑞典、德国、土耳其位居全球地热能直接利用量前五名。随着环境压力的不断增大,以及地热资源开发利用技术的不断突破,未来全球地热资源开发利用前景更加广阔。

3.2 对能源安全保障提出更高要求

能源安全是经济社会发展的基础。近年来,多重因素导致我国能源安全保障面临挑战,为提升能源安全保障能力,减少对煤、油等化石能源的依赖,大力发展可再生能源、提升可再生能源在供给侧的比重是十分必要和迫切的,地热能作为可再生能源应用中成熟度较高的能源形式,有望在保障能源安全的任务中发挥先导作用。

3.3 双碳目标助推地热资源开发利用

我国力争在2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和,是党中央经过深思熟虑作出的重大战略决策。国务院印发的《2030年前碳达峰行动方案》中明确“探索深化地热能开发利用”、“因地制宜推行地热能等清洁低碳供暖”。大力开发地热资源,对于替代化石能源、减少二氧化碳排放具有显著作用,有利于推动能源绿色低碳转型,是如期实现“碳达峰、碳中和”目标的重要方法,未来发展空间巨大。

3.4 政策利好促进地热资源加速发展

2021年4月国家发展和改革委员会等8部委印发的《关于促进地热能开发利用的若干意见》(国能发新规 〔2021〕43号)中提出地热能开发利用目标,“到2025年地热能供暖(制冷)面积比2020年增加50%”、“到2035年,地热能供暖(制冷)面积力争比2025年翻一番”,为我国未来地热资源开发利用设定了时间表。近年来,国家及地方层面均出台了一些财政补贴和优惠政策,积极助推地热资源的开发和利用。随着未来相关政策的出台和完善,地热资源将迎来更加有利的发展环境。

3.5 吉林省地热能开发利用规模预期

根据上述形势初步判断未来吉林省地热能开发利用将经历3个阶段:第一阶段为示范试点阶段,目前到2025年,全省地热资源开发利用试点工程深入开展,应用场景更加丰富,管理流程基本建立,标准体系和研发体系基本完善,预计到2025年地热资源供热(制冷)面积比2020年增长50%以上,达到550×104m2左右;第二阶段为全面推广阶段,2026年到2035年,地热资源开发利用由试点阶段过渡至推广阶段,预计到2035年地热资源供热(制冷)面积比2025年翻一番,达到1 100×104m2左右;第三阶段为快速发展阶段,2036年到远景年地热资源供热(制冷)面积持续增长,有望成为吉林省供热(制冷)的重要能源形式之一。

4 开发利用模式

为实现吉林省地热能高质量发展,一方面,需要做大做强传统地热能供热模式,实现提质增效,扩大应用规模;另一方面,结合吉林省发展特点加快地热能应用模式创新,开辟新路径,打造新业态。通过传统方式和创新方式“点面结合”协同发展,实现全省地热能开发利用“质”和“量”的同步提升。

4.1 深挖传统地热能供热潜力

因地制宜发展浅层地热能,对于水文、地质条件适宜地区,在回灌技术成熟、不污染地下水的前提下,稳妥推进水源热泵供暖(制冷);对于供暖集中程度要求不高的场景,在满足土壤热平衡的前提下,积极推进土壤源热泵供暖(制冷);稳妥推进中深层地热示范工程,依据赋存情况优先选择“取热不取水”技术开发利用中深层地热资源,最大程度地减少对地下土壤、岩层和水体的干扰,避免对地下水资源和环境造成损害。在全省工业园区、旅游景区、新建住宅区、政府性投资的公共建筑(如办公楼、学校、医院)等场景开展中深层地热资源采暖示范。

4.2 因地制宜打造新模式

1) “地热+多能互补”模式。推进地热资源与其他能源互补协同开发利用,推动地热资源与电能的深度融合,提升用能效率,满足项目自身运行可持续性要求。建议在吉林省西部如白城、松原新能源资源丰富地区开展风能、太阳能、地热资源综合应用的供电、供暖一体化示范项目,提升地热资源开发利用效益,将园区内新能源电价优势从供电领域传导至供热领域,同时借助地热资源供热负荷灵活可调的优势,提升电力系统灵活性,促进风、光电力消纳。选择适宜场景发展地热资源冷热联供模式,实现地热资源梯级高效利用。推动地热资源开发运营数字化、智能化,构建智慧能源调度管理系统。

2) “地热+乡村振兴”模式。加快地热资源开发利用与乡村振兴相结合,探索农村地区供暖多元化,实现地热资源、太阳能、生物质能等供热形式因地制宜地开发利用。选取具备资源条件的乡村开展地热资源供热试点,替代散煤燃烧。促进地热资源与农业的深度融合,探索利用地热建造温室养花、育秧、培育菌种,利用地热水养鱼,利用地热加热沼气池等,积极推动地热资源在全省“千万头肉牛”工程中的规模化应用,加速形成农业发展新业态,助力全省乡村振兴。

3) “地热+旅游康养”模式。挖掘地热资源在旅游康养产业的发展潜力,建议在吉林省东部如长白山、伊通、抚松等温泉集聚区开展地热资源综合利用示范项目,做大做强温泉旅游、医疗康养等朝阳产业,加速创新、完善配套,提升品牌知名度和影响力,带动区域经济绿色发展,打造全省经济发展新引擎。

5 结束语

5.1 做好地热资源开发利用顶层设计

科学编制吉林省地热资源开发利用规划,将地热资源开发利用纳入全省可再生能源发展整体布局,根据矿产资源规划总体部署,以地热田为单元,编制地热资源开发利用规划,明确地热资源开发利用的方针目标和发展路径。加强规划与产业、供热、土地利用、环境保护、城乡建设等领域规划的衔接,突出规划的引领作用和指导作用。

5.2 健全完善管理体系

加强对地热能开发利用项目的信息化管理,建立地热能开发利用信息管理平台,组织本地地热能供暖(制冷)项目业主在地热能信息管理平台中录入项目备案、等级信息,并在供暖期内按月更新项目的运行状况,定期将地热开发利用数据上报统计部门。建立地热资源动态监测体系,开展地下热水温度、流量等动态物理信息的综合监测。加大对地热能供暖(制冷)项目地下热水及回灌水质监测,定期向生态环境主管部门备案。

5.3 加强研发体系建设

加强创新引导,建立能源企业、高校、研究机构、应用企业“四位一体”的产学研用机制,以科技创新引领产品创新、产业创新、商业模式创新。重点支持技术研发创新平台建设,鼓励企业、科研机构广泛开展国内外技术交流合作。完善人才激励机制,建设全省地热资源相关产业发展创新智库、专家库,为促进地热资源开发利用的规模化发展和商业化运营提供人才支撑。鼓励重大科技攻关。开展创新研发“揭榜挂帅”,重点攻克关键技术,尽快形成自主知识产权。

5.4 加大财政支持力度

加强地热资源清洁供暖项目财政补贴力度,按照实际情况选择采用一次性初装补贴、按采暖面积补贴或电价补贴等形式,示范阶段减缓补贴退坡;建立地热勘探开发领域财政补贴制度,对地质调查、地球物理探测、地热钻探井、生产测试、开发区潜能评估等工程给予一定比例的成本补贴;加快设立地热资源科技专项补贴,加强对重大科技攻关项目的支持力度。探索依托能源主管部门建立地热资源开发利用专项基金,直接用于引导地热资源勘探、开发、利用项目建设,提升基金利用效率和针对性。