雄縣地熱水供暖模式推廣建議

劉曉敏 洪 帥

(1.河北經貿大學經濟研究所，河北 石家莊 050061；2.河北經貿大學京津冀一體化發展協同創新中心，河北 石家莊 050061)

北方地區近年來冬季空氣污染嚴重，已嚴重影響了人們的工作和生活，成為了政府關注的焦點問題，國家出臺了一系列政策來改變空氣質量。2013年國務院下發了《大氣污染防治行動計劃》。2017年出臺了《北方地區冬季清潔取暖規劃(2017—2021)》，計劃利用天然氣、電、地熱、清潔化燃煤等清潔能源替代散煤取暖來改變冬季空氣質量。2017年國家發布了《關于加快淺層地熱能開發利用促進北方采暖地區燃煤減量替代的通知》。冬季清潔能源替代散煤取暖成為改變空氣質量的重要舉措。

我國少數學者對地熱水供暖效果、技術、產業發展和環境影響等方面進行了研究。茹洪久等[1]分析了天津一個居民住宅的地熱供暖情況，發現初投資高、節能減排效果好，地熱水梯級利用技術提高了利用效率，尾水回灌技術保證了地熱資源的可持續利用。郭世博[2]認為地熱水多元梯級綜合利用是科學合理的。梅應春等[3]分析發現阜陽市某醫院地熱水的梯級綜合利用效率較高，取得了優良的經濟和社會效益。梅博等[4]提出地熱資源可持續利用的最好途徑是應用回灌技術，回灌技術中的真空回灌和壓力回灌，能減輕地熱井阻塞現象。張光輝等[5]以辛集館陶組地下熱水系統為例分析了河北中部平原區地熱水更新問題，發現2000年以來該區地下熱水處于超采狀態，需要壓采或者回灌來維持可持續利用。已有研究發現：地熱水供暖節能減排效果好；地熱資源梯級利用和地熱尾水回灌技術可以解決地熱水供暖帶來的地面熱污染、地下熱水資源減少及地面沉降等環境問題；地熱能是實現綠色城市的方式之一，但是地熱能產業化發展需要政府的政策支持[6-14]。從技術、經濟、運行模式等方面分析雄縣地熱水供暖的成功經驗，對全國地熱水供暖的推廣性具有重要意義。

1 我國及京津冀地熱水的分布及儲量

目前我國水熱型地熱資源利用量折合標準煤為415萬t,開采率達到0.2%，水熱型地熱資源開發利用潛力巨大。北京、天津、河北、山東、河南等13個省(市)適宜開發淺層地熱能，供熱采暖占水熱型地熱資源利用方式的32.70%，淺層地熱能資源開發的主要利用方式為供暖制冷[15]。

回灌條件下京津冀地區有80個區縣的地熱流體折合標準煤可開采量大于30萬t/a，是地熱資源豐富的區縣。其中，天津市10個區縣，北京市9個區縣，主要分布在平原區；河北省61個區縣，主要分布在東部和南部的平原區。河北省有29個區縣地熱流體折合標準煤可開采量為3萬～30萬t/a，地熱資源一般豐富，主要分布在河北省的中部和西部地區[16]。河北省地熱水資源量高于北京和天津，平原區地熱分布廣泛，有較大開發應用潛力。

2 雄縣地熱水資源及利用概況

牛駝鎮、容城、高陽三大地熱田分布在雄安新區，是河北同類型地熱資源中儲量集中、出口溫度高、開發利用條件最好的區域。目前勘查發現，雄安新區地熱資源分布范圍約占總面積的93%，地熱資源豐富。雄縣的地熱資源面積廣，基巖熱儲面積達320km2，占牛駝鎮熱田總面積的50%；地熱水儲量大，達821.78億m3；地熱水埋藏淺，熱儲埋深500～1200m，地熱水溫度高，出水溫度達55～86℃。

雄縣地熱水供暖開始于20世紀70年代，供暖的方式是地熱水直供直排。地熱水直接供給居民采暖后尾水排到地表，造成了地表環境熱污染。我國的地熱水含氟量高，一般為0.5～17.0mg/L，高氟地熱水尾水長期排放，會引起氟等危害元素污染尾水排放附近的土壤和農田。地熱水直供直排還導致了地熱水位平均每年下降10m左右，熱儲資源受到破壞，造成冬季供暖不可持續，甚至會引發地震等地質危害。

為了解決雄縣地熱水開發利用不合理的問題，2009年雄縣人民政府秉持“保護開發資源、生態文明建設、綠色低碳經濟發展”的理念，與地熱水公司簽訂了地熱資源開發戰略合作協議，項目實施后，2009年實現了河北省內首口灰巖地熱井尾水100%同層無壓回灌。經過了近10年的探索，形成了取熱不取水、地熱水可持續利用的雄縣地熱水供暖模式。

3 雄縣地熱水供暖模式技術經濟評價

雄縣地熱水供暖模式，技術上從地熱水勘測到地熱水供暖利用、回灌實現了高效利用、對環境影響降至最低；經濟上是樓房地熱水供暖成本由房地產開發商和地熱水公司共同承擔初建成本、地熱水供暖用戶承擔和煤炭供暖相同的取暖費的模式，能夠商業化運作；運行機制上，政府給予水電、稅收和協助征地等工作支持，地熱水公司全權負責建設、供暖運行工作。雄縣地熱水供暖政企合作，實現了雙贏。

3.1 雄縣地熱水供暖模式技術上高效、清潔、先進

a.熱儲評價技術。綠源公司基于地質鉆、錄井的實測數據，運用數值模擬技術，對地熱儲層進行綜合評價。根據評價結果，建立熱儲開發模式，確定合理的井間距和開采規模。

b.間接換熱技術。地熱水通過地熱井抽取到地面，通過換熱設備，將地熱水中的熱能和自來水進行熱交換，自來水取得熱能后輸送給用戶供暖。用戶取暖用的水是地熱水交換熱能后的自來水，避免了地熱水對人體和環境的危害。

c.梯級利用技術。為了提高地熱水的利用率，將地熱水進行多級利用。高溫地熱水進入一級板換進行換熱后，水溫降到48℃；然后進入二級板換進行換熱，水溫降到37℃；再進入三級板換換熱后降到20℃，然后進入回灌系統進行回灌。一級板換的二次側換熱后的供回水溫度為45～60℃，對暖氣片用戶供暖；二級板換的二次側供回水溫度為35～45℃，對地板輻射用戶供暖；三級板換的二次側供回水溫度為15～25℃，為熱泵機組的蒸發器側提供熱源，經熱泵提取熱量后，冷凝器供回水溫度為35～45℃，可為地板輻射用戶供暖。

d.尾水回灌技術。熱交換后的地熱尾水通過回灌井回灌。一般采用“一采一灌”和“三采兩灌”。“一采一灌”即一個采水井抽地熱水，一個回灌井回灌地熱水。“三采兩灌”即三個采水井抽地熱水，兩個回灌井回灌地熱水，實現了“100%同層回灌”。

e.動態監測與高效運營技術。地熱水公司自主研發出三維地熱資源開發調控指揮系統，可以監測地下水水位、室內溫度等，使地熱水供暖實現智能化管理。

3.2 雄縣地熱水供暖模式經濟上成本分擔合理

樓房地熱水供暖成本包括初建成本和取暖費。初建成本由房地產開發商和地熱水公司共同承擔。一口地熱出水井能供熱縣城、鄉鎮、村級的樓房10萬m2。樓房地熱水供暖初建成本為130～140元/m2，房地產開發商負責40元/m2，剩余的初建成本靠每年的取暖費回收。取暖用戶只承擔取暖費，取暖費和煤炭供暖價格相差不大，每個供暖季16元/m2，使樓房用戶能夠接受地熱水取暖費的價格。房地產開發商、地熱水公司和樓房地熱水供暖用戶都能接受樓房地熱水供暖的成本分擔方式。

村莊平房地熱水供暖初建成本由政府和地熱水公司共同承擔，用戶承擔取暖費。村莊平房地熱水供暖初建成本為平均每戶2.5萬元，由政府和綠源公司承擔，政府承擔每戶2.0萬元。村莊平房地熱水用戶承擔取暖費，每個供暖季16元/m2。

3.3 雄縣地熱水供暖模式實現了政府扶持、企業商業化運行機制

a.政企合作，市場運作。雄縣政府成立了地熱管理辦公室，地熱水公司負責地熱水供暖整體開發工作，征地時雄縣地熱管理辦公室給予協助支持，雄縣政府在稅收、環保、水電價格等方面給予地熱水公司連續的優惠政策。

b.樓房地熱水供暖成本分擔模式適合商業化運作。雄縣地熱水供暖樓房成本與燃煤相比，初建成本由房地產開發商和地熱水公司承擔，住戶只需要負擔和燃煤供暖相同的取暖費，政府不需要在地熱水供暖成本上承擔責任，因此樓房地熱水供暖成本承擔方式適合商業化開發。農村平房地熱水供暖成本則由政府和地熱水公司承擔，給政府造成較重的負擔，不適合商業化開發。

4 雄縣地熱水供暖用戶的反響

4.1 縣城、鄉鎮、村級的樓房地熱水供暖用戶，反映地熱水供暖效果好

a.對人體無危害。雄縣的地熱水換熱技術，只利用了地熱水的熱能，將地熱水的熱能轉換給自來水，自來水受熱后，再輸送給樓房的用戶。地熱水換熱技術避免了地熱水直供導致的有害物質對人體的危害。

b.地熱水供暖溫度合適。樓房地熱水供暖用戶反映，地熱水供暖溫度較高，由于戶里安裝了可以調解溫度的設備，使供暖溫度適宜，生活舒適。有些村鎮的樓房沒有安裝可以調解溫度的設備，地熱水供暖溫度太高，冬季戶外溫度低，戶里戶外溫差大，容易導致感冒。

c.地熱水供暖費用合理。地熱水取暖戶每個供暖季取暖費16元/m2，費用合理，能被接受。因此，地熱水公司能夠順利收取地熱水取暖費。

d.地熱水換熱技術供暖實現了對大氣、地面無污染。化石能源供暖排放二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮等有害物質，污染大氣，也造成大氣溫度上升，形成溫室效應。地熱水供暖換熱技術避免了大氣污染、地面熱污染、危害元素污染土壤等情況的發生。地熱水供暖是冬季清潔的供暖方式，適宜在地熱水資源區廣泛推廣使用。

4.2 農村平房地熱水供暖效果較差

農村平房地熱水供暖溫度不穩定。由于村莊的平房分散、鋪設的地熱水二次網太長；平房面積大，保暖性差，容易散熱，導致到戶的地熱水供暖溫度低于樓房。已使用地熱水供暖的農戶普遍反映地熱水供暖的溫度有時偏低。需要繼續探索適合農村平房地熱水供暖的技術。

一部分農村平房住戶的地熱水供暖，較長時間溫度偏低，農戶對此不滿，地熱水公司收取農戶地熱水取暖費時，農戶不愿意交取暖費或不足額交取暖費。

5 結 論

a.地熱水供暖商業化建設管理模式適合在地熱水資源區樓房推廣。地熱水公司和房地產開發商共同承擔地熱水初建設成本，政府給予地熱水公司開發地熱水的政策支持，樓房用戶只負擔和煤炭取暖價格相差不大的地熱水取暖費，地熱水公司負責收取取暖費并負責地熱水供暖的維修等管理問題。這種商業化地熱水供暖運營模式讓政府、地熱水公司、房地產開發商、地熱水用戶四方共贏，未給政府造成巨大的初建成本負擔，值得在地熱水資源區集中居住的樓房小區廣泛推廣使用。

b.地熱水供暖推廣使用時可參考雄縣地熱水供暖模式技術操作規范。雄縣地熱水供暖模式技術上使地熱水資源得到高效、可持續利用。熱儲評價技術確保了熱儲溫度平衡和水量動態穩定，使地熱資源得到可持續開發；間接換熱技術避免了地熱水直接供暖造成的地熱水含氟量高等有害物質對人體的危害和對小區管網、末端的腐蝕；梯級利用技術，最大限度地利用了地熱水的熱量；地熱尾水的完全回灌，解決了地熱尾水直接排放到地面造成的熱污染問題并使地熱水尾水回到抽取地層；動態監測與高效運營技術，可以及時管理、調配地熱資源，實現了地熱資源的優化管理與高效運營。地熱水供暖推廣使用時可參考雄縣地熱水供暖模式操作規范。