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劉偉:雙碳目標下地熱可再生能源發展和應用

2021-12-15 14:50:23 中國能源網

編者按:2021年12月7-8日,以“雙碳目標下的智慧方案與行業機遇”為主題的第十七屆中國分布式能源國際論壇于西安召開。本次會議由中國能源研究會分布式能源專業委員會、中國能源網主辦,陜西分布式能源股份有限公司聯合主辦。會上,來自華清安泰北京科技股份有限公司劉偉以視頻方式做了“雙碳目標下地熱可再生能源發展和應用”主旨演講。以下內容根據大會演講實錄進行整理。

首先感謝中國能源網克服重重困難,精心組織策劃本次分布式能源國際論壇,使我們有機會在線上交流分享,因疫情原因,不能到現場,深表歉意。我給大家分享交流的主題是《雙碳目標下地熱可再生能源發展和應用》,結合自己多年來供熱行業的經歷,結合自己在當前時代背景下做的交流和分享,不當之處還請批評和指正。

匯報大概分幾部分。

一、碳中和的時代背景

二、我國當前供熱狀況

三、地熱發揮重要作用

四、地熱未來發展方向

五、華清安康綠色發展之路

當前碳中和的時代背景,2020年9月22日,習近平總書記莊嚴宣布我國雙碳目標,確保在2030年碳達峰,2060年碳中和,給我們能源行業帶來了重大發展空間,同時帶來了機遇和挑戰。當前歐盟正在推行碳稅,一切將和碳掛鉤,很多國家已經實現了碳達峰,而我們還有很長的路要走,未來碳中和不單單是環境問題,更是經濟問題。總書記制定了目標,各個國家正在推行路線圖的領域,制定碳達峰路線。重要的方向是調整未來能源結構,降低化石能源總量,實施可再生能源替代,構建以新型電力為主的電力系統,以新能源為主體的新型電力系統,在2050年非化石能源占到70%以上,煤炭占比10%以下,非化石占比到90%以上,非化石電力終端消費占55%以上。未來黑色是指傳統的煤炭將越來越少,將來以綠色電力為主的能源時代,環境會越來越好,這些年在煤改電、煤改氣背景下,環境也已經得到了明顯提升。

將來可再生能源電力,風能、水能、太陽能為主體的,地熱能、生物質能、核能,可再生能源電力將成為主要能源,我國將發展成世界上最大容量的可再生能源發電,從郊區到城市到每一個家庭到微觀,各個環節都可以用可再生能源電力,同時我們要高效用電。

地熱主要在供熱領域來應用,所以我們也結合供熱行業的發展,整體供熱迅速發展,結構發生了變化,需求增長,同時南方供暖也有很大的增加。2018年北方城鎮供暖137億平米,農村沒有包含進來,城市集中住宅87.8億平米占到64%,比2013年增加30億平米。這些年供熱結構發生重大變化,燃煤占比占到70%以上,這些年燃氣余熱利用,燃煤占比降低16%,燃氣升高8%,熱電聯產增高7%,其他能源升高1%,可再生能源只有3%,熱電發展空間還是很大的。每年新增20億平米建筑面積,其中居民15億,公建5億,以前采暖集中在西北、華北和東北區域,隨著發展人口眾多,經濟條件比較發達,采暖需求越來越大,南方地區集中采暖比較少,黃色代表有部分集中采暖,未來潛力是巨大的。

這四個方面存在很大問題,能耗高、污染高、噪音高、不安全,很多燃氣爐事故,設備老化,耗電量大,導致一些火災事故發生等等。不僅能耗高,而且存在巨大安全隱患,南方地區冬季拉閘限電和美國德州的斷電等等,都與冬季高能耗采暖有一定關系,因為美國電力很便宜,直接用電采暖。

地熱在采暖方面也是應用了很多年,主要從分類特征、應用價值、政策引導、發展潛力方面做一些交流。地熱分為深層地熱、淺層地熱和地表水地熱幾種,深層地熱水熱型,洗澡用泉水幾千年了,可以直接采暖,地下裂隙里面供壓裂技術封閉套管來解決,這與地下條件更是密切相關,需要高溫干預巖體,如果溫度低,出來的熱水就很少,目前技術是每口井大概兩千米深,只能解決五千到一萬平米的供熱面積,只解決了供熱,還是潛力有限的,未來技術發展可能會有提升。

淺層地熱,水下熱泵、土壤源熱泵目前發展比較成熟。土壤源熱泵不受限制,哪里都可以做,就是成本高與低的問題。實際上熱泵它受地下水的限制開采。像西安污水熱泵也應用了很多年在推廣,制訂了一些強制的政策,我們從2008年北京奧運村就開始用污水熱泵,這些都是寶貴的地熱資源。它的效率高為什么高?因為它消耗了1度的電從地下提取3度以上的地熱,以往是用火電、煤電,未來這種綠電、風電、核電、光電來驅動熱泵,實現100%的可再生能源,清潔綠電加地熱能,實現零碳供,潛力是非常巨大的。

通過一些比較,從投資方面地熱能投資最高,但加上折舊之后,全生命周期來看地熱泵是最低的,燃氣是比較高的,電氣熱是最高的,它消耗電量太大,所以碳排放是比較高的。碳排放這塊地源熱泵碳排放是最小的,燃氣是碳排放最高的,燃氣熱是其次,工業建筑也是這樣。因為本身熱泵就是一機兩用三用,因為這樣它的整體經濟性會更好,長生命周期也就會更低,碳排放也就更低。

政策上剛才講了習近平總書記2020年9月提出了雙碳,在之前其實很多年都在推,從“十二五、十三五”都在推進可再生能源發展規劃,北方冬季清潔取暖規劃都提到了應用這塊。因地制宜推廣地熱能、供氣能,發揮高品質電能,在長江流域推動地熱能發展,同時在今年4月份國家能源局推進了地熱能開發應用的意見,到2025年比2020年增加50%以上,2030年比2025年再翻一番。

各地都推進了政策,北京、上海、河北、西安都制定了自己的城市新能源利用政策,北京市計劃“十四五”期間每年先做1000萬供應,目前采用30%的投資補貼,上海在運行補貼推進,都是為了構建清潔、低碳、安全、環保的能源體系。發展潛力上這些年呈高速增長,已經躍居全球第一,二十年了基本上增加了十幾億平米。

其他的也增加了,從2000年之前的1000多萬平米現在增加到將近5億平米,環保潛力也非常大。它的可開采量折合為7億噸標煤,其他的折合18.6億噸標煤加一起將近25億。2019年我國標煤消耗量28.1億噸,建筑占到40%,可見如果地熱能應用50%就全部替代了建筑熱能,實現了地熱能產暖,但這個比例比較高,占到10%20%逐漸提高,潛力也比較大。

地熱能技術發展也經歷了幾個階段,從起步階段2000年前,第一個十年是推廣階段,第二個十年是快速發展階段,現在是高質量發展階段,從早期的小規模建筑到京津冀推廣,從早期的單一地源熱泵系統,到現在規模越來越大,從華北、華中到全國應用,規模是50萬平米、100萬平米都有,從多能互補、智慧能源,未來向零碳供能發展,這幾個方面都取得了長足的發展和進步,同時形成了一系列標準。2005年國家制訂了國家地源技術規范,從設計和生物方面加以規范,每幾年做一次修訂,不斷的完善,北京市各地也制訂了自己的標準,2005年制定了技術,從施工方面加以約束和指導。

2020年制定了運行技術規范和能效技術規范,從運行管理能效上做了規定和指導,目的是提高運行效果效率,提高能效比,切實實現價值。發展中也曝露了一些問題,故障率高等等這是系統設備上的問題,地下井有滲漏、地源變化等等功能不穩定,問題曝露了很多,也有很多負面消息,電容不好用,河北省一刀切,導致了地熱井全部關停,這是快速發展做產能的問題,因為它是系統工程,早期沒有多少人知道,沒有引起重視,導致出現了這些問題。應該全面系統的觀察認識地源熱泵,這是全局觀念,全生命周期理論管理。為什么這么說?因為它是多學科工程從地質到勘察、通水、排水、電氣、自控、計算機等多元化多學科支持;多相關方,建筑、設計、總包、分包、運營等等十多個相關部門和政府主管單位,同時也有系統性,再是全生命周期性,從可研、設計、施工到運維幾十年的時間,充分認識這些把系統歸納和整理分析,解決每個環節問題才能良好的運營。

全生命周期理論涉及到從前期可研、勘察設計、審批、安排、檢測采集、運行數據統計和分析進行節能管理和評價或者提升,是個循環迭代過程,不是建完就完事了,這是個全生命周期的事情,我們也分析了一下全生命周期理論來測算一個項目,前期可研只占到總成本不到千分之一,設計占了百分之零點幾,這是成本,施工成本占到20%左右,運營成本占到80%,但是可以看出來可研階段是非常大的,不能隨便就通過了,要認真分析找到適合自己的因地制宜的路線,這樣將來才能運行。設計階段潛力也比較大,因為要設計選型,因為它是主機效率方,要有主動的匹配性、系統控制等等選擇。再是施工環節的降本能力只有5%,因為除了量化,市場價都是透明的,人工也是透明的,所以這個環節只有努力降低減少浪費,成本降了才可以。而且二十年運行過程中總成本80%,節能潛力非常大,運營好與壞差別非常大,普通的運營工、燒鍋爐工他沒有專業知識,我們專業的管理節能能節一半以上,所以這個潛力是非常大的,占全生命周期的40%。

因為地源熱泵不是簡單的打井工程,系統越來越大,很多沒有場地還要放在基層下面來打裝,全過程細化管理要落實到每一個環節。最后還要做系數檢測,這是全流程、全過程,不容得一點點馬虎的事情,這一項目尤其是在南方地區,經常下雨,施工期又經常在雨季,下雨肯定不行,所以就為了減工期快速施工完快速使用,導致質量不過關,一定要高度重視這個事情,抓加強工程控制,當然運營過程中也很重要。

運營過程中也加強環節控制,有專門的管理機構,專業公司專業團隊和工程師和專業操作人員制定體系,運行管理體系,相關管理手冊、協同管理制度、操作流程等不是高高掛起來了,是結合項目特點因地制宜的。日常中員工加強培訓,后期運行中要定期做評價,能耗高與低,進行對比看有沒有改進空間等等。過程中它的預期比較長,過程中有新技術出現要在改革中及時提升效率,實行節能降耗保值增值,項目進行了將近20年,其實過程中一直在提升和改進,不是減完了就沒事了,和現在的手段相結合進行信息化。技術創新促進地熱發展,技術模式的創新包括單一地質向多能耦合綜合能源發展,與熱泵相結合,實現零碳。不但和單一的地熱能或者污水源熱泵,常規的燃氣、鍋爐相結合,熱網與電儲能、太陽能、光伏、風電都可以結合進來,還有空氣能,結合自己的資源因地制宜的利用,進而挖掘特色中能源安全和高效,經營模式從以往專業分包向EPC總承包,整體設計施工前或一體化,同時與運營相結合實行EPCO業務,要與資本相結合,目前國企、央企平臺公司進來,主要是在F端,或者是投融資平臺,我們下面專業化服務公司還要做好運營和設計施工,這樣整體來實施,就能實現安全和低碳。

創新促進地熱能發展,利用多元化主體的經營模式,這在能源領域是非常容易實施的,因為是穩定的在使用,冬天四個月,夏天四個月五個月,采用空調、熱水一體化,專業的讓服務公司這些規劃設計,能夠管理,單一的建設方、園區運營商、建設方沒有這么多專業人員,開發商也是沒有這么多專業人員,只是會蓋樓,在里面配齊這些專業人員有學習過程,所以就不如委托專業公司來做這些事情,這是未來的發展方向,我們也一直在走這條路線。

與分布式相結合,傳統熱電廠是搞大集中來進行采暖,但能耗特別高,整體下來在0.3以上,輸送成本太高。未來向綠色綜合能源發展方向,園區、學校、住宅、醫院等等分布式建立能源站自行解決,不足的地方可以熱網相結合,有熱網的熱網結合,沒有熱網的自己建,這樣就解決小型化、區域化及時投產,而且能耗也比較低。目前我們在北京河北市的熱力公司都在這樣推進,這是區域能源和分布式相結合,提供綜合能源服務,區域能源以電網預熱為主,增加新能源供熱和發電。在用戶端使用空氣能、儲能等共同相結合。

再是柔性熱網多源協同,網是柔性的,就像電網一樣四通八達,可以上升可以下達,新能源可以發電,供熱也是,用戶端的富余供熱可以供到大網里,多元協同這是多種能源形式整合到一起,這樣清潔高效穩定低碳。

順便介紹一下我們公司,華清安泰是以熱泵技術為基礎,通過地熱能、潛層地溫能、地表水、污廢水、空氣能等結合這些地熱能利用空氣能,通過儲能技術型結合,構建整體技術,通過互聯網+能源網平臺,提供供冷供熱和生物用水服務,值得投資、運營、建設、托管一體化服務。目前公司主要是下設分公司和子公司,以北京為主覆蓋京津冀西部和西南地區,四川、南昌、上海等地區來推進。公司這些年做熱泵20年,配合政府參與了編輯國家標準和北京市地源熱泵的相關標準,同時每年配合發改委做北京市地源熱泵的培訓以及評估評價工作,像我們園區項目是北京市地熱實訓基地,很多朋友應該到那都去過。提升管理水平,提高管理效力,開發了物聯網+智慧能源管理平臺,平臺包括北京市、河北省的節能低碳目錄,包含能耗管理、系統能耗采集分析,自動化運營、遠程監控,不斷可以看還可以調動和控制,這個系統不像以前的比較簡單,人工功能系統、儲能系統,它的策略是非常復雜的,只會認為是線上線下相結合,后勤管理實現系統化和全生命周期維修報表都在里面實時調度,我的一系列全環節節能降耗提高效率,這是公司的能源管控中心首頁面,全國的區域圖和維修保修,以及系統對比分析,都在其中,實現縱向橫向都能對比。同時熱泵能效檢測系統每5分鐘一個數據實施統計系統能效也可以降到1分鐘,輸出多少能消耗多少電,當日當月都可以整體評價。

同時,我們作為系統集成單位服務商,也開發了自己的產品和能源管理平臺,成熟產品沒有再開發繼續在做定制。像儲能也是我們關鍵產品,像我們從十幾年前做的項目一直到現在,只要有前沿實施,熱泵和儲能相結合提高主機效率降低費用,目前已經推行了三年多,主機到每個模塊軟件都能內置它的信息碼,可掃碼報修,從設計、安裝運營全過程來試用,我們的能源管理平臺也不但是自己在用,而且推廣到各個領域,智慧校園、智慧供熱、智慧工廠。

剛才講到創新模式投資建設一體化項目,目前投資了三個項目,都在建設當中。我們積極參與冬奧建設,有幸參與了兩項,一項是奧運村在延慶,準備做到100%的儲能,還有停車場也在旁邊,兩個是互相聯動的,大巴車停到這可以擺渡到這,游客車不能開上去,建設過程在原來的小山頭上建設奧運村,這邊是基房。我們積極參與副中心建設,這邊是行政辦公區60萬平米,辦公、醫院、住宅等提供空調熱水和儲能以及調峰。我們的EPCO模式在用友產業園運行了16年,我到北京市火電能源局建設部的示范項目也經常有人來參觀學習,已經非常穩定,因為用友這個項目非常有代表性,所以我們企業2005年就決定做50萬平米的園區,后來它的南方園區、山東園區都在推應用低熱能,因為這就是代表著行業、企業對項目的認可。民營企業它不搞結項工程,不搞花架子,住宅領域里面也是,解決熱網不到位的情況下,我們利用地熱能與它相結合,因為我們的項目規模比較大,所以小型這塊我們不讓擺,幸好有地熱能和能源塔能解決這個問題。

我們還在一些農業領域應用,搞設施農業,原來是燃油,取消之后因為燃氣成本太高,就改成了地能熱泵系統,改完以后效果還是非常好的,目前都已經投產運營了,大家有機會可以去參觀一下。

我的匯報就到此結束,感謝大家聆聽,希望大家有機會一起合作,共同推進新技術發展。




責任編輯: 張磊

標簽:地熱