地热能开发综合利用和节能减排

地热能开发综合利用和节能减排 提纲 引言地热能的优势国内外地热能开发利用现状开封地热能开发利用现状展望 引言 资源 能源 灾害 环境是当今人类面临的大问题 2009年12月18日 温家宝总理在哥本哈根出席联合国气候变化大会讲话指出 中国是新能源和可再生能源增长速度最快的国家 我们 鼓励支持条件适宜地区大力发展生物质能 太阳能 地热 风能等新型可再生能源 2012年4月21日 正在冰岛进行正式访问的温家宝总理在雷克雅未克与联合国大学地热学院学生代表座谈 温总理说 当今世界 能源正孕育一场变革 要特别关注两个领域 一个是最近发现的页岩气 另一个是地热 这两个领域以往没有被重视 现在正孕育着很大的突破 国家能源发展战略 国家地热能源发展规划 2009年中国工程院完成了 中国能源中长期 2030 2050 发展战略研究 2012年8月 国家能源局公布了 可再生能源发展 十二五 规划 2013 1 1 国发 2013 2号文 国务院关于印发能源发展 十二五 规划的通知 2013 1 10 国能新能 2013 48号文 国家能源局 财政部 国土资源部 住房和城乡建设部关于促进地热能开发利用的指导意见 地热能利用主要目标 2015 基本查清全国地热能资源情况和分布特点 建立国家地热能资源数据和信息服务体系 地热供暖面积达到5亿m2 地热发电装机容量达到10万千瓦 地热能年利用2000万吨标准煤 形成地热能资源评价 开发利用技术 关键设备制造 产业服务等比较完整的产业体系 2020 地热能开发利用量达到5000万吨标准煤 形成完善的地热能开发利用技术和产业体系 关于促进地热能开发利用的指导意见 能源局 财政部 国土资源部 住建部 开展地热能资源详查与评价 加大关键技术研发力度 积极推广浅层地热能开发利用 加快推进中深层地热能综合利用 积极开展深层地热发电试验示范 创建中深层地热能利用示范区 完善地热能产业服务体系 关于促进地热能开发利用的指导意见 能源局 财政部 国土资源部 住建部 地热能利用重点任务 地热能的优势 资源量极大 利用效率高 成本有竞争性 节能减排 地球是个巨大的热库 地球内部不仅储热而且生热 地热能资源量极大 地热 来自地球内部的能量 具有强大的生命力 据估算 储存于地球内部的热量约为全球煤炭储量的1 7亿倍 其中 可利用量相当于4948万亿吨标准煤 按目前世界年消耗190亿吨标准煤计算 能满足人类数十万年的能源需求 全球热流分布 能源利用系数高 在新能源和可再生能源大家族中 地热能的能源利用系数最高 73 在一些国家可达90 且可靠性强 既可作为基本载荷 亦可作为调峰载荷 利用系数 成本有竞争性 据联合国世界能源评估报告 WEA2004 可再生能源发电及非电直接利用成本如下 地热发电2 10美分风能4 8生物质能3 12太阳能光伏发电25 160太阳能热发电12 34非电直接利用 地热0 5 5美分生物质能1 0 6太阳能利用2 0 25地热电站建设成本 2 4 5亿欧元 MWe地热电站发电成本 40 100欧元 MWh CO2减排优势明显 高温地热发电CO2排放量约为120g kWh与传统的锅炉供暖相比 利用热泵供暖其CO2排量至少可减少50 若热泵所需电力来自可再生能源 如水力发电或其它 则CO2减排量可达100 冰岛 地热能减排0 9 1 1亿吨 年 不同发电方式的排放比较 地热 天然气 石油 煤 国内外地热能开发利用现状 总体概况浅层 200m 地热能开发利用现状 天然水热系统 3km 地热能开发利用现状 干热岩 3 10km 开发利用现状 世界各国地热资源类型与地热发电态势 我国除滇藏高温水热型地热资源外 以中低温和EGS为主 近期全球增长主导型国家 地热资源类型 潜力巨大的新生市场国家 传统地热资源潜力有限低温和EGS具潜力国家 地热发电装机容量 水热型低温地热资源 高温水热型 美国 菲律宾 印尼 墨西哥 意大利 冰岛 日本 中国 干热岩 地热利用类型 直接利用 水热型发电 双工质循环 蒸汽及混合循环 增强地热系统 世界上有10个国家的首都已经开发利用地热资源AddisAbaba Ethiopia Beijing China Berlin Germany Budapest Hungary Bucharest Romania Paris France Reykjavik Iceland Rome Italy Sophia Bulgaria Tbilisi Georgia 中国地热直接利用世界第一 截止2010年 我国地热直接利用的总功率为8898MWt 年产能20932GWh a 全国地源热泵的供暖 制冷面积已达1 4亿平方米 总利用功率为5210MWt 据 十二五 建筑节能规划 至2015年全国地热供暖面积将达到 或超过5亿平方米 其中 地源热泵供暖 制冷面积3 5 4 0亿平方米 地热水供暖面积增至1亿平方米 全球地热直接利用前12名国家 国家GWh yMWt主要用途中国20 9328 898bathing districtheating美国15 71012 611GHP瑞典12 5854 460GHP土耳其10 2472 084districtheating日本7 1392 100bathing onsens 冰岛6 7681 826districtheating法国3 5921 345districtheating德国3 5462 485bathing districtheating挪威3 0001 000GHP荷兰2 9721 410GHP加拿大2 4651 126GHP瑞士2 1431 061GHP 注 Bathing 洗浴 Districtheating 区域供暖 GHP 地源热泵 不受地域限制 分布广 面积大 利用热泵技术可进行供暖 制冷 生活用热水 三联供 热源多样化 土层传导热 地下水 地表水 海水 江湖水 生活污水 浅层地热能 200m 地下水地埋管地表水 蒸发器冷凝器压缩机节流阀 风机盘管地板采暖散热器毛细管 浅层地热能开发是通过地源热泵系统来实现 地源热泵是一种利用浅层的大地能量 包括土壤 地下水 地表水等天然能源作为冬季热源和夏季冷源 然后再由热泵机组向建筑物供冷供热的系统 是一种利用可再生能源的既可供暖又可制冷的新型中央空调系统 地源热泵系统主要由三部分组成 地下换热系统 地源热泵机组 室内末端系统 地源热泵系统 地埋管换热系统 地下水换热系统抽灌水井 地表水换热系统 根据换热方式的不同 地源热泵系统主要有三类 地源热泵系统主要有三类 温暖 冷 温暖 温暖 冷 地埋管地源热泵系统示意图 闭式循环 地埋管地源热泵系统 热 热 冷 冷 热 热 热 冷 地埋管地源热泵系统示意图 闭式循环 地埋管地源热泵系统 不同采暖 制冷方式折算标准煤能耗表 单位 kg m2 全球地源热泵开发利用与增长状况 中国浅层地热能开发利用 中国地源热泵应用面积和年利用热量 0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 1995 2000 2005 2010 2015 年份 应用面积 万m 2 年利用热量 TJ 应用面 积 万 m2 年利用 热量 TJ 北京最大的社区项目 北苑家园小区 面积50 104m2 华清集团 2009 第七届花博会 北京国际鲜花港 面积 22 104m2 华清集团 2008 总建筑面积为22 7万平米 利用江水的地源热泵技术 华清集团 2009 上海世博会 上海世博会 地源热泵技术广泛用于2008年奥运会场馆 国家游泳中心景观水池 面积4320m2 国家体育馆 面积80900m2 恒有源科技发展有限公司 2008 自行车比赛馆 恒有源科技发展有限公司 2008 奥运村 运动员宿舍 面积 20 104m2 华清集团 2009 国家大剧院景观水池 面积 35 000 恒有源科技发展有限公司 2008 北京市首座利用桩基地埋管热泵技术建筑 万国城 华清集团 2009 城市绿色热网 截止2012年底 全国地热供暖面积已达到2亿平方米 按 十二 五 规划 到2015年 这一数字将达到5亿平方米 地源热泵技术在全国城乡供暖 制冷 空调 生活用热水 所谓 三联供 中起着十分重要的作用 功不可没 在当前形势下 地源热泵技术的发展又面临着新的机遇和挑战 我们认为 如何让地源热泵技术在打造 城市绿色热网 中作贡献是摆在我们全国地热工作者面前的大问题 城市绿色热网 和 水网 电网 一样 热网 是每一个大中型城市不可或缺的基建内容 相对于前两者 城市热网的建设已远远落后了 在我国城镇化加速发展的今天 更有其现实意义 也更具有挑战性 地源热泵技术在城市热网建设中发挥着不可替代的作用 城市废热 潜在金矿 除已有的地热资源外 城市中还有很多的 热宝 城市废热 地下排水管道中废弃的热量 据报导 2012年美国城市地下水道中排走的热量高达3500亿KW h 相当于美国全年水力发电的总量 地铁等大型地下工程建设 运行中所散发出来的热量 伦敦地铁站台上的温度可达20 以上 发电厂 传统锅炉供热 汽车尾气排放等放出的热量 据估算 在整个城市能源系统中 50 以上的热量以废热的形式散发到周围环境中去 形成城市 热岛 我国城市中由于大型热力站温度调节难而导致供热温度过高 已造成我国区域供热能耗的30 都被白白的浪费 各国在行动 德国的两家公司设计了一种隧道衬砌管片 其功能与地源热泵中埋入地下的盘管类似 这种衬砌被放入奥地利一段54米长的隧道之中 所得热量为附近的市政大楼供热 加拿大温哥华利用污水源热泵为2010年冬奥会修建的奥运村供热 我国在2008年举办的奥运会上也同样利用污水源热泵为奥运场馆供热 加拿大2010年冬奥会奥运村 各国在行动 挪威首都奥斯陆 利用类似地源热泵中地埋管的设备 将其放置于流动的 未经处理的污水之中 实现了首都的大规模供暖 其他北欧国家 诸如丹麦 瑞典等等也是全球率先利用热泵技术处理城市废水废热的国家 冰岛首都雷克雅未克利用高温地热供暖 自不待言 挪威奥斯陆的绿色供热系统 芬兰赫尔辛基的区域供热网络 利用热电联产节约的化石燃料 各国在行动 我们怎么办 加强节能环保意识 领导要重视 政府要投入 城市绿色电网需要一批基础设施建设项目 如管网 监测站点 智能控制系统等 提高科技创新能力 实现 政 产 学 研 用 一条龙 引入市场机制 吸收民营资本 共同打造我们城市的绿色家园 天然水热系统 3km 全球水热型地热资源分布 全球深部含水层温度分布 全球主要水热型地热区分布 世界地热非电直接利用 在欧洲 30 的一次性能源消费用于供暖及生活用热水在我国 将近1 3的一次性能源用于建筑耗能 随着生活水平的提高 这一比例还将增加在世界范围内 以地热供暖及生活用热水来替代化石能源具有巨大的潜力以地热代替燃煤锅炉供暖将大大减少污染 改善空气质量 提高人民生活水平 2009年全球地热直接利用量 GWh a 2010全球装机容量 MWt 2010年全球地热利用 TJ yr 1995 2010不同类型地热直接利用增长 1 地源热泵2 供暖3 温室栽培4 水产养殖5 农业烘干处理6 工业用途7 温泉洗浴8 制冷 空调9 其他 地热直接利用发展愿景 世界地热发电 据国际地热协会 IGA 报告 截止2005年年底全球已有24个国家在进行地热发电 其装机容量及年发电量分别为8900MW 2007年为9700MW 和57000MWh继水力 生物质能 风能之后 地热发电在可再生能源大家族中居第四位 全球地热发电装机容量 MWe2004 世界地热发电潜力 利用现有技术 至2050年地热发电装机容量可望达到70GW 若采用新的技术 增强型地热系统技术 则装机容量可以翻一翻 140GW 增强地热系统 EnhancedGeothermalSystem EGS 技术目前虽仍处于试验阶段 但一旦成功并广泛加以应用 则其开发潜力无比巨大若用地热发电替代燃煤发电 至2050年将可减少CO2排放每年