地?zé)衢_(kāi)發(fā)利用技術(shù)現(xiàn)狀與展望

地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用技術(shù)的現(xiàn)狀與展望

圖片僅為示意，可根據(jù)實(shí)際使用進(jìn)行替換尺寸：16.9*6.4cm中石化綠源地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)有限公司SGEGEOTHERMALCO.,LTD孫彩霞

(Susan)

Email:susan@Contents目錄一、背景二、開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀三、前景展望2024/3/203碳中和（CarbonNeutrality）2019年的全球的碳排放總量，大約是510億噸！如何實(shí)現(xiàn)從510億到0排放的目標(biāo)：盡可能實(shí)現(xiàn)所有工藝的電氣化；電力盡可能實(shí)現(xiàn)脫碳電力；利用碳捕獲裝置，吸收剩余的排放；更有效的使用化工技術(shù)和新材料；種植養(yǎng)殖業(yè)引入新的農(nóng)作物品種；

供熱制冷實(shí)現(xiàn)電氣化、發(fā)展清潔能源和更高效利用能源的解決方案……

以上所有的措施，都需要新技術(shù)的投入。源于人類(lèi)活動(dòng)的溫室氣體排放量占比生產(chǎn)和制造（水泥、鋼、塑料）31%電力生產(chǎn)與存儲(chǔ)（電力）27%種植和養(yǎng)殖（植物、動(dòng)物）19%交通運(yùn)輸（飛機(jī)、卡車(chē)、貨船）16%供熱制冷（供熱、冷卻、制冷）7%2024/3/204碳中和（CarbonNeutrality）2020年9月，中國(guó)政府在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上宣布：中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施。二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取于2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和；2020年12月，習(xí)近平總書(shū)記在氣候雄心峰會(huì)上的講話時(shí)進(jìn)一步宣布：到2030年，非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將達(dá)到25%左右。目前，全國(guó)化石能源占能源消耗的84%，非化石能源僅為16%。

我國(guó)在2060年實(shí)現(xiàn)碳中和預(yù)計(jì)需要136萬(wàn)億元人民幣投資，碳市場(chǎng)的規(guī)模預(yù)計(jì)3000億元，前景一片廣闊藍(lán)海！非碳基的可再生能源是“碳中和”的必然選擇。地?zé)崮?、太?yáng)能、風(fēng)能、核能、氫能等清潔能源是人類(lèi)發(fā)展的未來(lái)能源！2024/3/205地?zé)崮茉?未來(lái)能源地?zé)崛绾纬蔀椤癎amechanger”

本土、清潔、穩(wěn)定、可再生、可持續(xù)“熱、礦、水”三位一體的能源開(kāi)發(fā)利用推廣模式成熟

地?zé)崂玫念I(lǐng)域廣泛地?zé)岚l(fā)電區(qū)域供熱制冷淺層地?zé)崮埽ǖ卦礋岜茫┺r(nóng)業(yè)、漁業(yè)及工業(yè)等方面的直接利用未來(lái)能源利用系統(tǒng)中的核心作用在建筑供熱系統(tǒng)中可作為最理想的基礎(chǔ)熱源EGS項(xiàng)目探索成功會(huì)帶來(lái)更廣闊的發(fā)展“健康的城市是會(huì)呼吸的城市”威廉·麥克唐納《從搖籃到搖籃》2024/3/206浴療0°150°100°50°200°250°HOUSEHOLDHOUSEHOLD閃蒸發(fā)電或者干蒸汽系統(tǒng)鹽業(yè)溫室種植烘干制冷以及制冰水產(chǎn)養(yǎng)殖造紙區(qū)域供熱木材干燥食品加工區(qū)域供冷300°發(fā)電食品工業(yè)康養(yǎng)浴療供熱制冷MWth發(fā)電

MWe地源熱泵供冷地源熱泵供熱地?zé)崂妙I(lǐng)域廣泛雙工質(zhì)/ORC技術(shù)探索創(chuàng)新Contents目錄一、背景二、開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀三、前景展望2024/3/208地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)容量世界分布（2015）2024/3/209

我國(guó)20世紀(jì)70年代，先后在廣東豐順、河北懷來(lái)、等地區(qū)建設(shè)了中低溫地?zé)岚l(fā)電站，在西藏羊八井建設(shè)了24MW中高溫地?zé)岚l(fā)電站。近兩年在西藏、云南新建了幾座，我國(guó)地?zé)岚l(fā)電總裝機(jī)容量從27.88MW增加至49.1MW。

十三五規(guī)劃目標(biāo)是新增500kW，十四五呢…中國(guó)地?zé)岚l(fā)電的現(xiàn)狀中國(guó)地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)容量發(fā)展情況2024/3/2010世界地?zé)嶂苯永茫?995-2015）2024/3/2011中國(guó)地?zé)峁┡臐摿?/p>

我國(guó)地處地中海-喜馬拉雅地震帶和環(huán)太平洋地震帶上，地?zé)豳Y源豐富，分布廣泛，遍布全國(guó)。地?zé)崮苜Y源分布具有明顯的規(guī)律性和地帶性，西南地區(qū)和東部擁有高溫地?zé)豳Y源，主要分布在藏南、滇西、川西和臺(tái)灣?。黄溆嗟貐^(qū)分布著中低溫地?zé)豳Y源，集中于松遼平原、黃淮海平原、江漢平原、山東半島和東南沿海地區(qū)等，資源蘊(yùn)藏豐富，總量約占世界資源總量的1/6。2024/3/2012中國(guó)地?zé)峁┡默F(xiàn)狀地?zé)崾逡?guī)劃（2017-2021）地?zé)峁┡娣e將達(dá)到：16億平方米；計(jì)劃總投資約3000億人民幣；計(jì)劃減排CO217億噸。自2000年起，全國(guó)集中供熱面積快速增長(zhǎng)：

2000年：11億平米

2010年：

44億平米

2019年：

110億平米

2010年是2000年的4倍；2019是2000年的10倍。

目前，全國(guó)已實(shí)現(xiàn)地?zé)峁┡娣e14億平方米，其中淺層地?zé)崮苓_(dá)到8億多平方米，中深層地?zé)峁┡瘍H為5億多平方米，尚未完成十三五規(guī)劃目標(biāo)，同時(shí)僅占全國(guó)集中供熱總面積的1/10，發(fā)展前景廣闊。2024/3/2013中國(guó)地?zé)峁┡默F(xiàn)狀水熱型地?zé)崮芾檬侵袊?guó)地?zé)岙a(chǎn)業(yè)主力軍。我國(guó)開(kāi)發(fā)利用水熱型地?zé)峁┡延猩锨甑臍v史。1990年全國(guó)水熱型地?zé)崮芄┡ㄖ娣e僅為190萬(wàn)平方米，近10年來(lái)，我國(guó)水熱型地?zé)崮苤苯永靡阅昃?0％的速度增長(zhǎng)，已連續(xù)多年位居世界首位，總面積超過(guò)5億平方米。

地源熱泵最早起源于1914年的瑞士，我國(guó)起步較晚，2000年利用淺層地?zé)崮芄┡ㄖ评洌┙ㄖ娣e僅為10萬(wàn)平方米，伴隨綠色奧運(yùn)、節(jié)能減排和應(yīng)對(duì)氣候變化行動(dòng)，進(jìn)入快速發(fā)展階段，近年來(lái)，發(fā)展迅速，并呈現(xiàn)規(guī)?；?、大型化的特點(diǎn)，建成了北京國(guó)奧村、上海世博軸、北京城市副中心等一系列示范項(xiàng)目，總面積超8億平米，提升了社會(huì)各界對(duì)于淺層地?zé)崮艿姆e極認(rèn)知！2024/3/2014地?zé)峁┡?guī)模最大的企業(yè)中石化綠源地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)有限公司(SGE)于2006年成立于陜西咸陽(yáng)，目前總部位于雄安新區(qū)；中國(guó)石化新星石油公司控股53.8%，冰島極地綠色能源公司持股46.2%；注冊(cè)資本8.49億元人民幣；主要業(yè)務(wù)為地?zé)?清潔能源投資開(kāi)發(fā)，碳減排及合同能源管理；目前世界最大的地?zé)峁┡髽I(yè)。兩國(guó)總理見(jiàn)證下中冰雙方簽訂進(jìn)一步擴(kuò)大合作的諒解備忘錄雷克雅未克，2012

公司地?zé)衢_(kāi)發(fā)業(yè)務(wù)起步于陜西咸陽(yáng)，現(xiàn)已擴(kuò)展至津、冀、陜、晉、魯、蘇、浙等省（市），與國(guó)內(nèi)40余個(gè)市（縣、區(qū)）簽訂了戰(zhàn)略合作協(xié)議，建成供暖能力5000萬(wàn)平方米，擁有地?zé)峋?81口，換熱站647座，敷設(shè)管網(wǎng)近1000公里。

創(chuàng)建了雄縣、容城、獻(xiàn)縣、博野、武功、故城、商河、太原經(jīng)開(kāi)區(qū)等多座城市供熱“無(wú)煙城”，CO2減排量超500萬(wàn)噸，累計(jì)1百余萬(wàn)居民受益于地?zé)崮茉刺峁┑那鍧嵐帷Ｖ斜腺Y合作概況2024/3/2016地?zé)岽撼鞘械浞?“無(wú)煙城”雷克雅未克冰島容城河北雄縣河北武功陜西咸陽(yáng)陜西商河山東辛集河北霸州河北2024/3/2017核心技術(shù)體系地?zé)峄毓嗟責(zé)徙@井智能監(jiān)控梯級(jí)利用地?zé)?多種能源集成地?zé)峥碧綗醿?chǔ)評(píng)價(jià)技術(shù)

中石化綠源充分發(fā)揮中冰雙方股東優(yōu)勢(shì)，形成具有綠源特色的核心技術(shù)體系：2024/3/2018“取熱不取水”的開(kāi)發(fā)模式：“間接換熱、梯級(jí)利用、采灌均衡”，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)COP值20左右，是井下?lián)Q熱+熱泵技術(shù)無(wú)法比擬的！通過(guò)與太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、天然氣等其他能源的復(fù)合，形成“地?zé)?”模式，結(jié)合能源動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)集成，可進(jìn)一步降低投資成本，提高能源利用效率。地?zé)崮芄┡P(guān)鍵技術(shù)80度的地?zé)峋?，回灌溫?5度，可實(shí)現(xiàn)供熱20萬(wàn)平方米，若增加20%的天然氣調(diào)峰，可供25萬(wàn)平方米。2024/3/2019水熱型與井下?lián)Q熱的綜合對(duì)比井下熱傳導(dǎo)的換熱機(jī)理，實(shí)際上相當(dāng)于加長(zhǎng)版地源熱泵系統(tǒng)。采灌均衡，地面換熱，水作為熱載體回灌到原始地層。換熱形式對(duì)比換熱溫差12℃，水量30m3/h，完全通過(guò)熱泵提升最大可提供500kW熱量，僅供1.25萬(wàn)平方米。以井深2000m地?zé)峋?，出水溫?0℃，100m3/h為例，采灌技術(shù)能提供6400kW,供暖面積達(dá)16萬(wàn)平方米。供熱能效對(duì)比相同供暖面積，井下?lián)Q熱技術(shù)需鉆鑿約13口地?zé)峋?。占地面積大，影響未來(lái)地下空間整體布局（地下建筑、地鐵、防空洞等）。占地面積對(duì)比以16×104m2供暖面積為例，水熱型采灌技術(shù)模式僅需鉆鑿地?zé)峋?口。每個(gè)井房?jī)H約15平方米。鉆井和熱泵的初投資和運(yùn)行成本高，若沒(méi)有政府巨額補(bǔ)貼，項(xiàng)目基本難以維繼。經(jīng)濟(jì)性對(duì)比投資和運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較低，總投資約2000萬(wàn)元，12年左右收回成本，無(wú)需額外政府補(bǔ)貼資金。2024/3/2020地?zé)嵛菜毓嗉夹g(shù)地?zé)崮芾藐P(guān)鍵技術(shù)生產(chǎn)井回灌井站內(nèi)加壓泵（備用）精密過(guò)濾器初效過(guò)濾器儲(chǔ)水排氣罐成井結(jié)構(gòu)工藝優(yōu)化系統(tǒng)密閉防堵技術(shù)水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)采灌結(jié)合平衡技術(shù)儲(chǔ)層堵塞機(jī)理研究地?zé)峄毓嗍菍?shí)現(xiàn)地?zé)釤醿?chǔ)循環(huán)利用，保持熱儲(chǔ)壓力的有效措施，更是保證地?zé)衢_(kāi)發(fā)“取熱不取水”資源的可持續(xù)利用的必要條件?；?guī)r熱儲(chǔ)地層條件較好，可完全實(shí)現(xiàn)同層回灌，砂巖回灌雖是世界性難題，國(guó)內(nèi)砂巖熱儲(chǔ)回灌已取得重大突破，回灌率逐步攀升。2024/3/2021

公司近年來(lái)通過(guò)生產(chǎn)運(yùn)行中的實(shí)踐摸索，取得60余項(xiàng)開(kāi)發(fā)利用專(zhuān)利，其中砂巖回灌相關(guān)的專(zhuān)利共20項(xiàng)（發(fā)明專(zhuān)利5項(xiàng)，實(shí)用新型15項(xiàng)），并且制定了砂巖回灌的企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)參與了國(guó)家及行業(yè)的地?zé)峄毓鄻?biāo)準(zhǔn)的編制，推出了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的地?zé)峄毓嘞盗袑?zhuān)業(yè)裝備。地?zé)崮芾藐P(guān)鍵技術(shù)成套地?zé)峄毓嘣O(shè)備2024/3/2022雄縣模式雄縣雄安新區(qū)其中一縣，位于河北省；中石化綠源公司自2009年進(jìn)駐，逐步替代燃煤和原有直采直排系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)城區(qū)95%地?zé)峒泄?；中?guó)首座“無(wú)煙城”2014年被國(guó)家能源局正式認(rèn)定為中國(guó)首座地?zé)峁┡娲济旱摹盁o(wú)煙城”，并在全國(guó)推廣復(fù)制。國(guó)家級(jí)的示范項(xiàng)目-雄縣模式

核心：實(shí)現(xiàn)了區(qū)域化水熱型地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)的三統(tǒng)一，即“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一開(kāi)發(fā)、統(tǒng)一管理”；內(nèi)涵：“政企合作，市場(chǎng)運(yùn)行，統(tǒng)一開(kāi)發(fā)，技術(shù)先進(jìn)，環(huán)境友好，百姓受益”“雄縣模式”升級(jí)“雄安模式”地?zé)釣榛A(chǔ)能源的多種清潔能源的集成應(yīng)用

更高效開(kāi)發(fā)利用雄安新區(qū)熱儲(chǔ)的第二空間（發(fā)電潛力）雄縣模式2024/3/2023雄縣城區(qū)地?zé)衢_(kāi)采區(qū)塊監(jiān)測(cè)井水位埋深(2011-2021)年動(dòng)態(tài)曲線圖雄縣城區(qū)地?zé)衢_(kāi)采區(qū)塊某井2017-2021年水溫動(dòng)態(tài)變化曲線圖雄縣模式70.8701102024/3/2024消除對(duì)地?zé)崮艿恼`解！

通過(guò)主要地?zé)衢_(kāi)發(fā)區(qū)地面沉降實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)、地震監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)綜合分析，認(rèn)為地面沉降的主要誘因?yàn)闇\層地下水的開(kāi)采，與中深層地?zé)衢_(kāi)發(fā)沒(méi)有直接關(guān)系。為此我們引用陜西、河北及山東的地面沉降的相關(guān)資料、新聞報(bào)道進(jìn)行說(shuō)明。報(bào)告及學(xué)者結(jié)論均表明：開(kāi)發(fā)中深層地?zé)豳Y源不會(huì)對(duì)地面沉降造成影響。河北省地面沉降與地下水開(kāi)采的關(guān)系，根據(jù)中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心研究員沈彥俊結(jié)論：同時(shí)期地區(qū)地下水下降量，有8成以上是由農(nóng)業(yè)灌溉耗水引起。山東省魯北平原地?zé)衢_(kāi)發(fā)與深層地下水及地面沉降相關(guān)性評(píng)價(jià)報(bào)告結(jié)論：中深層地?zé)嵯到y(tǒng)和淺層地下水沒(méi)有水力聯(lián)系，地?zé)衢_(kāi)發(fā)不會(huì)影響深層地下水的水位和環(huán)境，在采灌均衡，取熱不取水的條件下，地?zé)衢_(kāi)發(fā)不會(huì)引發(fā)地面沉降。

關(guān)中盆地地面沉降與環(huán)境影響，根據(jù)省地震局相關(guān)資料顯示：地?zé)衢_(kāi)發(fā)與地面沉降之間沒(méi)有直接關(guān)系。雄安新區(qū)采用“間接換熱、梯級(jí)利用、采灌均衡“的工藝模式，地?zé)崴耆毓嘀镣粺醿?chǔ)層，地?zé)崴拈_(kāi)發(fā)利用不會(huì)對(duì)地面沉降產(chǎn)生影響。雄安新區(qū)地面沉降區(qū)主要集中在雄縣北部，容城西北部，而地?zé)衢_(kāi)發(fā)在城區(qū)內(nèi)與沉降嚴(yán)重區(qū)域相去甚遠(yuǎn)，雄安新區(qū)水熱型地?zé)崴拈_(kāi)采量?jī)H為年地下水超采量的1%。雄安新區(qū)現(xiàn)狀平水年總需水量共34.88億噸，整體屬缺水狀態(tài)。缺水直接導(dǎo)致每年超采地下水總量超過(guò)5億噸，地下水超采現(xiàn)象嚴(yán)重。25雄安新區(qū)平均沉降速率（王貴玲，2021）消除對(duì)地?zé)崮艿恼`解！Contents目錄一、背景二、開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀三、前景展望2024/3/2027地?zé)岚l(fā)電前景地?zé)岚l(fā)電優(yōu)勢(shì)在于利用時(shí)間的最高效：全年實(shí)現(xiàn)約8000小時(shí)的運(yùn)行時(shí)間。地?zé)岚l(fā)電的上網(wǎng)電價(jià)亟待出臺(tái)；地?zé)岚l(fā)電的成本也會(huì)隨產(chǎn)業(yè)的發(fā)展逐步降低；最簡(jiǎn)單成本最低的發(fā)電流程為閃蒸發(fā)電（大于150度），對(duì)資源條件要求高；中低溫的雙工質(zhì)發(fā)電循環(huán)（ORC）是未來(lái)發(fā)展的主要模式;地?zé)峄毓?、防腐阻垢、裝備制造等關(guān)鍵技術(shù)需持續(xù)研究提升。2024/3/2028典型發(fā)電工藝優(yōu)化模型閃蒸+雙工質(zhì)發(fā)電（ORC）復(fù)合系統(tǒng)2024/3/2029地?zé)釤犭娐?lián)產(chǎn)技術(shù)ORC發(fā)電循環(huán)系統(tǒng)地?zé)峁┡到y(tǒng)30地?zé)峁┡到y(tǒng)的持續(xù)優(yōu)化熱源+一次管網(wǎng)+供熱站+二次管網(wǎng)+末端設(shè)備全系統(tǒng)鏈的整體技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化！中國(guó)典型城市室外溫度分布調(diào)峰熱源地?zé)峄A(chǔ)熱源地?zé)?熱泵梯級(jí)利用熱負(fù)荷分配2024/3/2031地?zé)峁┡到y(tǒng)能耗及投資分析系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析（現(xiàn)金流、成本、EBIT，IRR）地?zé)?熱泵+天然氣調(diào)峰裝機(jī)、負(fù)荷、能耗比例2024/3/2032城市“地?zé)?”供熱制冷利用方式供熱制冷中深層地?zé)峁釡\層地?zé)崮芄釤岜脵C(jī)組+能源塔制冷冷水機(jī)組+冷卻塔制冷淺層地?zé)崮芄┲评湓偕礋岜霉嵩偕礋岜霉├浼袩峋W(wǎng)余熱供熱中深層地?zé)嵛帐焦├?024/3/2033通過(guò)遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用的關(guān)鍵參數(shù)，結(jié)合熱儲(chǔ)數(shù)值模擬評(píng)價(jià)打造智慧熱田，從而得到地?zé)峥刹少Y源量的精準(zhǔn)評(píng)價(jià)；動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控地?zé)嵴揪W(wǎng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)能耗，采取氣候補(bǔ)償、熱平衡調(diào)節(jié)、自動(dòng)控制等技術(shù)優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)，提高熱效率，降低運(yùn)行成本，提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性、安全性，打造