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长三角地区地热资源开发利用与管理
来源:产品展示    发布时间:2024-08-24 23:32:37
产品描述: 长三角地区地热资源丰富,但开发利用程度相比来说较低。总结了长三角三省一市地热资源开发利用、相关规划和管理政策现状,分别从政府管理、地热能应用项目运维管理层面分析了存在的问题,提出了相应的对策建议。 中国提出2030年“碳达峰”、2060年“碳中和”,加快可再次生产的能源替代成为能源规划的重要目标任务,作为清洁可再次生产的能源的地热能更加受到重视。长三角区域是中低温地热开发利用的有利地...
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  长三角地区地热资源丰富,但开发利用程度相比来说较低。总结了长三角三省一市地热资源开发利用、相关规划和管理政策现状,分别从政府管理、地热能应用项目运维管理层面分析了存在的问题,提出了相应的对策建议。

  中国提出2030年“碳达峰”、2060年“碳中和”,加快可再次生产的能源替代成为能源规划的重要目标任务,作为清洁可再次生产的能源的地热能更加受到重视。长三角区域是中低温地热开发利用的有利地区,近年在政府规划和管理扶持政策指引下,地热资源开发力度不断加大,应用领域逐渐扩大,但规模化、产业化开发利用程度仍较低。分析长三角地区地热资源开发利用和管理的现状、问题和挑战,对该区域地热可持续开发利用和节能降碳具备极其重大意义。

  长三角地区地热资源开发利用较早,上海在20世纪60年代最早利用地下水为棉纺厂生产车间供暖制冷,1989年在闵行经济技术开发区办公楼建成了国内第一个地源热泵空调系统,之后地热能陆续在各类建筑中得以应用。到2020年底,上海市浅层地热能建筑应用面积约1750万。在上海地矿集团统计的480个浅层地热能项目中,居住建筑、公共建筑、工业建筑、农业建筑占比分别为47.5%、45.4%、6.3%、0.8%,地埋管、地下水、地表水式地源热泵项目数量占比分别为96.3%、0.8%和2.9%。浙江省20世纪80年代开始地源热泵技术的探索性应用,21世纪初开始逐渐增多,据不完全统计,自2000年到“十二五”期末地源热泵应用面积年上涨的速度25%~30%。杭州、宁波和嘉兴等地发展较快,主要形式为地埋管换热系统,地下水地源热泵系统主要在杭州几个大型工程中应用。江苏省浅层地热能开发利用起步于21世纪初,南京于2005年最初在高端居住小区应用浅层地热能,取得了良好的示范效应。据不完全统计,截至2019年,江苏省浅层地热能开发利用项目800余个,使用面积约4500万,大多分布在在苏南、苏中经济发达地区,其中1/3为住宅。利用方式涵盖了土壤源、地下水源、地表水源和污水源热泵系统等多种类型,以土壤源地源热泵系统为主。安徽省浅层地热能应用工程始于2000年,至2018年共有204处,建筑供热制冷总面积2000万,地埋管、地下水、地表水式地源热泵项目数量占比分别为83.8%、13.7%和2.5%,大范围的应用于办公楼、商场、展馆、医院、学校、体育馆、宾馆及住宅等的供暖/制冷和生活热水。合肥工程数目和顶级规模,服务面积占比54%。

  长三角地区浅层地热能开发利用量与其利用需求和资源可利用量相比,还有很大的增长空间。以上海为例,截至2022年底,浅层地热资源应用规模约1940万,与房屋总面积年增长量相比,地热能建筑年增长比例仅占1.5%~2%。此外,浅层地热资源的应用模式单一,以地埋管地源热泵系统为主,而该区域第四系浅部地层富含地下水,且平原上有湖泊200多个,具有地下水、地表水源热泵技术应用的适宜条件。从应用领域上看,目前大多数都用在民用建筑,面对节能减排的压力,未来在水产养殖、温室种植、产品干燥等农业和工业中应用将得以拓宽。

  长三角地区中深部地热资源开发利用历史悠远长久。1962年,浙江宁海建成了省内第一个温泉疗养院。截至2020年6月,已开发利用的地热资源26处,占已有地热资源数量的56%,大多分布在在杭州、嘉兴、湖州、宁波、金华等地区,地热井数量占全省73%。宁波、金华已开发利用地热井分别达到已有井数的71%和63%,杭州、湖州、嘉兴地热资源较为丰富,但已开发利用地热资源均不足50%。江苏省共有180多口地热井,正开采的有90多口,年利用地热水1081万,利用热量折合标煤约6.92万t。南京汤山、南京汤泉、东海县汤庙、如东小洋口被评为“温泉之乡”,扬州市被评为“温泉之城”。在工业利用方面,盐城在20世纪80年代利用地热水用于纺织染色、洗涤和烘干。江苏中深部地热用于地热康养约900万(占90%)、地热取暖约80万(占8%)、种植养殖约20万(占2%)。安徽省水热型地热资源开发程度较高的是巢湖、庐江、黄山及皖北等地,有6家温泉康养旅游景区。近年来,在亳州、阜阳、合肥、界首、太和、阜南等地建造使用了地热深井,取得了一定的利用效果。

  长三角地区已开发的中深层地热大多数都用在康养旅游和养殖种植,供暖、工业生产领域的应用很少,发电也仅江苏省有应用规划,而上海目前没有投入商业应用的地热井,整个区域开发利用程度低,发展不均衡。中深层地热供热效率高,应用领域广泛,节能降碳效果非常明显,可带来非常大的经济效益,未来必将更受政府和相关企业重视,开发利用前景广阔。

  地热资源属能源矿产,其勘查与开发遵循《中华人民共和国矿产资源法》及其配套法规。2006年,《中华人民共和国可再次生产的能源法》将包含地热资源在内的可再生能源列为能源发展的优先领域。在这些法律和法规的指引下,长三角地区各省市陆续制定了地热资源开发利用规划和扶持政策,建立了管理制度和方法,体现了各地对地热资源开发利用的重视。

  2013年,国家能源局发布《关于促进地热能开发利用的若干意见》,明确要加快中深层地热能综合利用,促进浅层地热能规模化应用。2017年,国家发展和改革委员会发布《地热能开发利用“十三五”规划》分别对中深层和浅层地热资源开发利用进行规划。在此背景下,长三角地区陆续发布了《上海市可再次生产的能源建筑应用专项规划》《浙江省可再次生产的能源开发利用促进条例》《浙江省低碳发展“十三五”规划》《安徽省住房和城乡建设事业发展“十三五”规划纲要》《安徽省推进浅层地热能在建筑中规模化应用实施方案》以及三省一市的能源发展“十三五”规划等政策性文件,引导支持了地热能开发利用。2020年宣布“双碳”目标后,节能降碳的压力更为紧迫,国家陆续出台《“十四五”可再次生产的能源发展规划》《关于促进地热能开发利用的若干意见》《2030年前碳达峰行动方案》等文件都明确要求推动地热能规模化开发。依据这些政策,长三角各省市也相继发布了地方性能源规划(表1)。

  2010年前后,长三角地区各省市出台了一系列地热能等可再次生产的能源及应用建筑的管理办法,“十四五”相关规划发布后,各省市跟进出台或修订了相关管理办法(表 2)。这些管理政策为规范地热资源开发利用行为奠定了制度基础,促进了节能减排战略的实施。

  此外,合肥、杭州、嘉兴、南通等地热开发利用较好的城市也出台了地方性地热资源管理条例或办法。这些省市管理政策的内容大多数表现在:(1)鼓励或者要求利用包括地热能在内的可再次生产的能源;(2)明确职责分工,自然资源或者国土资源行政部门负责地热资源的勘查、开发利用以及管理;开采地热水的应向水行政主任部门提出取水许可申请,取得取水许可证;(3)开展或完善地热能开发利用监测网建设或信息化管理;(4)地热能开发利用项目备案或登记管理;(5)开展合同能源管理、绿色运行专业托管等管理模式等。

  在地热能开发利用中,各省市也编写了有关技术规范(表3)为工程建设项目的实施提供了标准依据。

  长三角各省市发改委、财政和住建等部门发布了各项节能补贴扶持办法(表4),对合乎条件的可再次生产的能源项目给予不同额度的补贴,助力了地热产业的发展。

  以上海为例,2009年以来扶持示范项目51个,其中,公共建筑41个,其余为居住建筑。系统类型由早期多为单一地源热泵系统发展为太阳能与地热能等复合系统,这些示范在行业内起到了引领作用。此外,为缓解地热产业融资难的问题,近几年各省市银行与银监会出台文件,加强在节能减排领域的支持。如《中国银保监会浙江监管局关于做好能源保供和能耗“双控”金融工作的通知》要求银行、保险公司、理财公司等对清洁能源领域中长期项目给予低成本的资金支持。《人民银行南京分行等部门关于全力发展绿色金融指导意见的通知》引导金融机构加大对地热能等清洁能源的金融支持。“十四五”期间,中国农业银行拟向能源领域提供融资支持额度3万亿元人民币,中国工商银行拟提供意向性融资支持额度3万亿元人民币。

  长三角地区能源规划和扶持政策的出台促进了区域内地热产业的发展,但也存在一些亟待解决的问题。

  1)政策制定与实施不协调。三省一市发布的规划和管理政策都鼓励地热能等可再次生产的能源的应用,具有宏观的指导意义,上海、江苏和安徽提出了“十四五”期间浅层地热能应用建筑面积要求,浙江给出了可再次生产的能源应用建筑总量目标,这些量化指标与地热能利用需求和资源可利用量相比,占比很低,推广作用未得到一定效果发挥。此外,与太阳能、风能等相比,这些政策对地热能的开发利用引导支持力度不足。

  2)补贴模式和力度有待改善。就目前而言,长三角地区地热能补贴主要是针对示范项目,覆盖面小,门槛高,而且补贴金额低,与北京等地相比,支持力度有限,难以真正起到鼓励支持作用。

  3)地热资源征税有质疑。上海、浙江、江苏和安徽的资源税法针对地热资源原矿的税率标准分别为4、3、10、2元/,大幅度提高了地热供暖企业的成本,不利于地热产业持续高水平质量的发展,也不符合鼓励支持规模化应用地热能的政策。

  4)政府管理权分散。在地热资源开发利用中,政府管理职责虽逐渐明确,但管理权分散。地热资源属于国土资源行政主任部门管理范围,但取水管理权在水务部门,此外,发展和改革委员会、住房和城乡建设部、科学技术委员会也参与了对地热产业的管理,实施中有可能会出现相互冲突、执行困难等现象。此外,缺乏地热能应用项目监管和评价机构,难以对地热能应用效果进行跟踪评估。

  5)地热企业融资难。虽然三省一市出台了一些金融机构对节能减排领域的支持政策,但总体上地热企业尤其是非公有制企业任旧存在融资难、资金支持力度小的问题。而且很多地热能企业没有成立专门的风险管理部门、产业高质量发展的保障制度不够健全,影响地热能产业的高质量发展。

  不仅政策层面对地热资源开发利用影响很大,地热应用项目的运维管理也是影响其大范围的应用的重要因素。

  上海地矿集团对上海23个代表性地源热泵项目进行现场能效测试显示:系统能效达到3级及以上的项目数量占83%,2级及以上的项目占39%,不达标的项目占17%,检验测试的项目均未达到1级标准,2020年对36个项目的调研测试也表明了相近结果。上海某办公建筑地源热泵系统的监测数据表明,夏季空调制冷能效比(EER)为2.5,冬季供热系统平均制热性能系数(COP)平均为2.6,运行能效不高。泰州某采用地源热泵及储能复合能源系统的能源站的供能测试表明,夏季能源站整体能效平均值为4.0,冬季为3.47,整体能效较传统系统高。分析原因,除了设计和施工有几率存在问题外,运维管理对系统能效的影响很大,主要体现在:(1)实际负荷与建筑规划设计负荷差别较大,导致热泵机组长期在部分负荷下运行,使机组处于小温差大流量的状态,而循环泵一直在满负荷状态下运行,导致水泵功耗过高;(2)系统控制自动化程度低,现场设备开启靠操作人员人为控制,当室内负荷或系统运行发生明显的变化时,很难结合实际需要及时调节,空调系统运行效果没办法得到及时反馈;(3)缺乏对地质环境和系统运行参数的监测,导致不能及时掌握地温场和系统运行的动态变化,难以根据监测和评估结果进行系统运行优化;(4)长三角地区建筑,一般冬季供热需求远小于夏季制冷需求,单一地源热泵系统易导致室外换热区地层温度逐年升高,长时间运行后产生热不平衡问题,影响系统能效;(5)操作人员未接受专业培训,地源热泵运行管理的知识和服务能力欠缺,不能及时解决实际运行中产生的问题,导致系统运行管理不善,整个地源热泵系统效率下降或损坏。

  合理设计地源热泵系统,采用多能协同的复合系统,以及优化地源热泵运行策略能大大的提升机组能效、改善土壤热不平衡、降低运行的成本、减少耗电量。安徽工程实例表明,良好的运营模式和能源智慧管理对实现能耗监测、调整节能控制策略、提高地源热泵系统运行效率具备极其重大意义。因此,制定科学合理的系统模块设计和节能运行方案,提高管理和操作人员水平,才能确保地源热泵系统可靠高效运行,实现节能降碳和减少运行的成本的目的,而作为一种基于市场的能源管理机制,合同能源管理越来越成为各地积极地推进的能源管理模式。

  上海市2008年发布《上海市合同能源管理项目专项扶持实施办法》,对合乎条件的采用合同能源管理方式实施的节能改造项目予以财政奖励。《上海市公共机构合同能源管理项目管理办法》规定了应第一先考虑采用合同能源管理方式和利用地热能等进行技术改造的公共机构建筑情形。2021年实施的《上海市节能减排(应对气候平均状态随时间的变化)专项资金管理办法》《上海市绿色建筑管理办法》均鼓励支持采用合同能源管理等创新模式。《浙江省合同能源管理财政奖励资金管理实施细则》《浙江省实施公共机构节能条例办法》《江苏省省级节能减排(建筑节能和建筑产业现代化)专项引导资金管理办法》《江苏省机关事务管理局关于推进公共机构合同能源管理的意见》《江苏省绿色建筑发展专项资金管理办法》等都明确了合同能源管理总体要求、支持条件和方式。《安徽省“十四五”节能减排实施方案》提出到2025年,全省公共机构实施超过150个合同能源管理项目。《安徽省公共机构节约能源资源工作“十四五”规划》鼓励引入社会资本参与用能系统节约能源改造和运行维护,推行合同能源管理等市场化模式,“十四五”期间,实施合同能源管理项目3000个以上。

  自“十二五”以来,上海市公共机构开始试点合同能源管理。“十三五”期间,全市公共机构共实施合同能源管理项目近100个,一般都是以照明、空调等项目为主。引入社会资本2.47亿元,节约标准煤7.85万t,节省能源费用2140多万元,减少二氧化碳排放14万t。以上海金茂大厦为例,自2000年开始先后进行了照明系统、中央空调系统智能化改造等合同能源管理项目,到2020年全年能耗费用比2013年下降43.48%。上海市财税综合楼合同能源管理项目开展锅炉、空调、照明、生活热水等主要系统综合性节约能源改造,每年预计节约能源消耗420t标准煤以上,节省支出约240万元。

  江苏省“十三五”期间全省公共机构共实施454个合同能源管理项目,引入社会资金8.5亿元,年节约5.78万t标准煤。南京市秦淮区、徐州市贾汪区、无锡市滨湖区和盐城市大丰区等4个合同能源管理试点地区实施19个合同能源管理项目,引入社会资金2320万元。分析上海、江苏、浙江等12各省市的70个案例发现,不管是哪种合同能源管理模式,空调和照明系统及其能耗监测都是节约能源改造的重点,而公共机构能耗中超过80%的为建筑能耗。《2020年上海市国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测及分析报告》对2020年全市2017栋公共建筑及“十三五”期间新增联网729栋建筑能耗监测也表明,很多类型建筑照明与插座用电、空调用电两项之和均超过70%。因此,在建筑领域推进地热能供热制冷可大幅度减少常规能源的使用,而在地热应用项目中实行合同能源管理是提高能源利用效率、降低运行成本的重要保障之一。

  针对长三角地区三省一市在地热能开发利用和管理中存在的问题,提出以下建议。

  1)加强政府引导,加大扶持力度。从规划上,明确地热资源开发的具体指标要求,推进浅层地热能规模化利用,稳步推进中深层地热资源利用;对地热开发项目给予财政补贴、税收减免、提供融资便利、开放市场准入等多方面支持,吸引社会力量、金融资本参与地热能勘查评价和开发利用;完善地热资源开发利用管理制度,规范地热资源的勘查、开发和管理;完善涵盖地热能项目全生命周期的技术标准体系,促进浅层地热能开发利用标准化、规范化。

  2)建立完善地热能项目运行管理体制。开展合同能源管理、绿色运行专业托管等管理模式,提高系统能源利用效率,降低运行成本;建立地热工程监测系统,及时掌握地热资源的动态变化、地热系统运行对地下环境影响,及时优化系统运行策略;建立信息管理平台,及时对地热能应用工程进行项目备案或登记并上传系统运行数据,以服务于政府地热资源管理决策和向社会公众提供准确信息;加强运维管理人员培训,提高地热能工程应用效果和能源利用效率,减少实际工程运行成本。

  3)加强示范工程建设,扩大地热资源应用领域。选不一样的利用领域类型,建立一定规模的示范工程,增强市场说服力,推广应用示范工程技术,起到以点带面、促进地热能规模化应用的作用;积极推广“地热能+”多能互补的应用形式,根据地区资源禀赋,宜地则地,宜水则水,深浅结合,风光互补,扩大地热能在工业、农业、发电等领域的应用,推动地热产业的发展。

  4)加大科研投入和人才教育培训。加强技术攻关,加大中深层地热资源的开发利用研究。开展地热资源梯级利用、地热种植养殖、地热井高效换热、地热资源开发监测与智慧控制等配套研发技术,突破技术瓶颈,加大技术转化,实现产业整体水平提升;加强地热产业人才队伍的培育,借助科研院所、行业联盟等机构的力量,加大对地热专业的人才教育培训力度。

  5)加大宣传推广,提高社会认知度。广泛利用相关专题会议、媒介、各种路演活动等进行推广宣传,开展地热科学技术普及,让社会和公众了解地热开发利用的作用及意义,提高社会认知度。

  长三角地区为东部沿海地区,不仅夏季制冷需求高,随着冬季气温屡创新低,冬季供暖也已成为提高人民生活质量的迫切需求。三省一市普遍具有城乡建设规模大,经济发展快速,能源需求高的特点,而该区域地热资源蕴藏量巨大,适合用于化石能源替代。虽然以往在当地政策的引导支持下,地热资源的开发利用得到了有效促进,创造了良好的社会、环境和经济的效果与利益,但与地热资源需求量以及资源可利用量相比还相差甚远,因此,逐步加强政府引导和扶持力度,建立完善的用能规划和管理政策,进行科学合理的工程设计与运行策略动态调整,加强不相同的领域地热资源开发利用示范工程建设,加大科研投入和宣传科普,才能真正的完成地热资源的规模化开发利用。长三角地区是全国经济发展的龙头,是实现“双碳”目标的关键地区,科学引导和积极推动地热资源整体化、规模化、系统化高质量开发利用必将为该区域实现“双碳”目标作出积极贡献。

  作者简介:杨联萍,上海地质学会,教授级高工,研究方向为土木工程;王庆华(通信作者),上海市地矿工程勘察(集团)有限公司,上海浅层地热能工程技术研究中心,教授,研究方向为地热资源开发利用。


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