地热利用与雾霾治理-曹院士

地热利用与雾霾治理,二一六年四月,曹耀峰,煤炭和石油的发现与利用，使人类有了蒸汽机、内燃机，接着又有了电，从而大大提高了劳动生产率，促进了人类的文明进步，使人类告别了农耕文明，进入了工业文明。但是，二百多年工业文明的实践表明，化石能源使用带来的环境问题和气候问题日益严峻，人类遭遇了“黑色困惑”。中国经历了近三十多年的快速经济增长，环境问题也愈来愈尖锐。,文明的快速推进带来了严峻的环境问题和气候问题,前言,中国不但人均资源（水、耕地、矿产资源等）显著低于全球平均水平，环境容量也远远低于全球平均水平。中国80%的人口居住在爱辉-腾冲线以东的国土上，东部的土地面积约为全球陆地总面积的不到1/30，我们在这块土地上每年消耗全球煤炭的40%，即在东部的单位国土面积上消耗的煤炭（称为“耗煤空间密度”）是全球平均值的12倍。“碳排放的空间密度”已是全球平均值的6倍。,与世界其他国家对比，中国环境容量问题更加突出,前言,如果单独计算京津冀地区的数据，则更为严重。仅以“煤耗空间密度”为例，它又是我国东部地区平均值的2.5倍，是全球平均值的30倍之多！我国东部雾霾如此严重不是很容易理解吗？,未来地球的可持续发展呼唤着人类由工业文明向生态文明转变，而这个转变的基础是新的能源革命：告别黑色、高碳，转向绿色、低碳。,前言,中国和世界迫切需要一场新的能源革命,能源结构由目前的化石能源为主，将逐步转为未来以水电、太阳能、风能、生物质能、海洋能、地热能等非化石能源（可再生能源）为主。欧盟最近决定，2030年可再生能源在终端消费中占比将达到30%。我国能源发展战略和能源规划，到2020年，非化石能源比例要从2014年的11%提高到15%。,我国可再生能源消费量占我国能源总消费量11%。,为应对气候变化，特别是为治理已经蔓延全国的雾霾，社会各界已形成共识，就是要调整能源结构，大力发展可再生能源。因此，最近十年，关于水电、风电及太阳能发电快速增长的数据、材料屡见报端。,我国太阳能光伏装机容量增长情况,我国风能装机容量增长情况,地热发展的氛围亟待升温,尽管地热作为一种非常重要的可再生能源，也取得了长足的进步，但是相比风电、太阳能发电“风生水起”的发展氛围，社会各界和新闻媒体对地热的关注“热度”却是不温不火，发展态势亟待升温。,汇报提纲,三、重新认识地热在雾霾治理中的作用,一、中国地热资源开发利用概况,二、“重电轻热”思维定式下地热作用被看轻,我国地热资源的开发利用可分为发电和直接利用两个方面。高温地热资源主要用于发电；中温和低温地热资源则以直接利用为主；对于25以下的浅层地热能，可利用地源热泵进行供暖和制冷。,浅层地热能供暖或制冷,一、中国地热资源开发利用概况,（一）浅层地热能供暖/制冷到2015年底，全国浅层地热能供暖/制冷面积达到3.92亿平方米，实现年替代标煤1160万吨，年减排二氧化碳3000万吨。,国奥村（污水源热泵）,上海世博会（江水源热泵）,一、中国地热资源开发利用概况,（二）中深层地热能直接利用到2015年底，全国中深层地热供暖面积达到1.02亿平方米，实现年替代标煤290万吨，减排二氧化碳750万吨。,雄县地热供热站,雄县盛唐小区地热供暖,一、中国地热资源开发利用概况,（三）地热发电2015年底，我国地热发电总装机容量仅为27.88MW，共发电1.35亿千瓦时，实现替代标煤4.13万吨，减排二氧化碳10.73万吨。,广东丰顺地热发电站,西藏羊八井地热发电站,一、中国地热资源开发利用概况,总之，经过多年的地热资源开发，尽管我国地热发电发展滞后，但是我国直接利用地热资源量，连续多年位于世界首位。2014年底，中国地热直接利用发生了可喜的变化，地热供暖比例首次超过温泉洗浴。主要比例是：地源热泵是58%，地热供暖19%，温泉洗浴18%。地热开发的能源性、技术性得以突出。2015年，我国地热开发利用共替代标煤2000万吨，占我国一次能源消费的0.465%。,2014年世界地热直接利用对比图,年产出热能（GWh）,一、中国地热资源开发利用概况,汇报提纲,三、重新认识地热在雾霾治理中的作用,一、中国地热资源开发利用概况,二、“重电轻热”思维定式下地热作用被看轻,多年来，社会各界关于非化石能源、可再生能源的谈论，主要包括水电、核电、风电和太阳能发电，更加关注“发电量”或“装机容量”，而关于供热方面的谈论较少，存在“重电轻热”思维定势。我国地热发电的装机容量，全国只有2.78万千瓦，不要说与火电的动辄一个机组就上百万千瓦相比，就是与2015年底风电并网装机容量1.29亿千瓦、太阳能发电装机容量4318万千瓦相比，也是小巫见大巫。但是，作为地热工作者，我认为现阶段地热的主要贡献是供热，而经过初步研究，“热”在可再生能源应对气候变化和大气污染中的作用比电更重要。所以说，可再生能源不能“以电论英雄”。,二、“重电轻热”思维定式下地热作用被看轻,2015年，全国浅层地热能供暖面积达到3.92亿平方米，中深层地热供暖面积达到1.02亿平方米，合计4.94亿平方米，据统计全国地热能供暖实现替代标煤1450万吨，年减排二氧化碳3750万吨；同期，地热发电约1.35亿千瓦时，实现替代标煤4.13万吨，减排二氧化碳10.73万吨，仅相当于地热供暖的0.3%。,二、“重电轻热”思维定式下地热作用被看轻,汇报提纲,三、重新认识地热在雾霾治理中的作用,一、中国地热资源开发利用概况,二、“重电轻热”思维定式下地热作用被看轻,（一）地热在未来一次能源特别是可再生能源消费中的贡献按照国家能源十三五规划，我国可再生能源占比从2015年的12%提高到2020年的15%，增长3个百分点。根据国家能源局委托国家地热能中心编制的中国“十三五”地热产业发展规划征求意见稿，到2020年，累计达到地热供暖/制冷面积16亿平方米，加上发电、种植、养殖、洗浴等，共可实现替代标煤7210万吨，减排二氧化碳1.77亿吨。,三、重新认识地热在雾霾治理中的作用,按照2020年我国能源消费总量48亿吨标煤测算，到2020年地热在整个能源消费总量中的占比将达到1.5个百分点，比现在的只有0.465个百分点，提高1个多百分点，也就是说在可再生能源今后五年的3个百分点增速中，地热资源“三分天下有其一”，与水电、风电、太阳能发电等其他可再生能源相比，贡献一目了然。,2015地热能在一次能源消费中占比,2020地热能在一次能源消费中占比,（二）开发地热对当前治理雾霾具有更加突出的现实意义现在社会对治理雾霾越来越关注，我国已经发布了“大气污染治理10条”，各级政府也出台了各种政策、措施。目前关于谁是造成雾霾主要原因的认识越来越清晰，多数观点趋向认为燃煤采暖锅炉和散煤燃烧是造成雾霾的重要诱因。,三、重新认识地热在雾霾治理中的作用,根据燃煤供暖锅炉锅炉大气污染排放标准（GB13271-2014），二氧化硫、氮氧化物和粉尘排放标准分别为400mg/m3、400mg/m3、80mg/m3，而燃煤电厂锅炉执行火电厂大气污染物排放标准（GB13223-2011），二氧化硫、氮氧化物和粉尘排放标准分别为100mg/m3、100mg/m3、30mg/m3。采暖锅炉二氧化硫、氮氧化物和粉尘分别是电厂锅炉的4倍、4倍和2.5倍。最近中国政府正在推动燃煤电厂的超低排放改造工程，要求电厂排放的二氧化硫、氮氧化物和烟尘接近天然气电厂的水平，分别达到35mg/m3、50mg/m3、5或10mg/m3。,三、重新认识地热在雾霾治理中的作用,另外，中国工程院谢克昌院士在文章“煤炭产业绿色转型”中论述到：煤炭对雾霾的影响主要就是散煤的问题，农村量大面广且低空排放的散煤燃烧已成为重要的大气污染源之一。据测算，1吨散煤直燃的污染物排放量是1吨工业燃煤经集中减排后污染物排放量的十几倍。,三、重新认识地热在雾霾治理中的作用,1.以“雄县模式”为主的县城中心城地热开发利用模式。,中石化在河北雄县，经过6年的建设，建成供暖能力385万平方米，城区基本实现了地热集中供热全覆盖，成为我国第一个“无烟城”，成功打造了技术可复制、经验可推广的“雄县模式”。咸阳、太原、辛集等一批相同模式项目已经建成或部分建成。替代的就是燃煤供暖锅炉。,燃煤锅炉供暖,地热供暖,三、重新认识地热在雾霾治理中的作用,（三）中石化在地热开发中的几种模式,2.以“零碳示范小镇”为主的乡镇地热开发利用模式。,由雄县人民政府协调，中石化绿源公司与华夏幸福基金签署协议，计划建设一个“零碳示范小镇”，现在处于项目规划选址及前期调研阶段。“零碳示范小镇”建设以地热为新城主要能源，新城碳综合指标为零或负值。新城主要指标为：常住人口：5000-10000人；建筑面积：30-60万平米。地热利用：供暖（冷）90%以上，温泉（生活热水）入户80%以上，地热水回灌率80%以上。这种模式替代的就是燃烧的散煤。,三、重新认识地热在雾霾治理中的作用,中石化绿源公司在雄县，共与胡家台新村等9个村签署协议，开展地热供暖服务，共涉及4000余户，约20000人，供暖面积65万平方米，已建成地热供暖能力48万平方米，实际地热供暖31万平方米。这种模式替代的更是燃烧的散煤。,胡家台新村,王黑营新村,3.以“地热村”为主的农村地热开发利用模式。,三、重新认识地热在雾霾治理中的作用