刘伟：双碳目标下地热可再生能源发展和应用

编者按：2021年12月7-8日，以“双碳目标下的智慧方案与行业机遇”为主题的第十七届中国分布式能源国际论坛于西安召开。本次会议由中国能源研究会分布式能源专业委员会、中国能源网主办，陕西分布式能源股份有限公司联合主办。会上，来自华清安泰北京科技股份有限公司刘伟以视频方式做了“双碳目标下地热可再生能源发展和应用”主旨演讲。以下内容根据大会演讲实录进行整理。

首先感谢中国能源网克服重重困难，精心组织策划本次分布式能源国际论坛，使我们有机会在线上交流分享，因疫情原因，不能到现场，深表歉意。我给大家分享交流的主题是《双碳目标下地热可再生能源发展和应用》，结合自己多年来供热行业的经历，结合自己在当前时代背景下做的交流和分享，不当之处还请批评和指正。

汇报大概分几部分。

一、碳中和的时代背景

二、我国当前供热状况

三、地热发挥重要作用

四、地热未来发展方向

五、华清安康绿色发展之路

当前碳中和的时代背景，2020年9月22日，习近平总书记庄严宣布我国双碳目标，确保在2030年碳达峰，2060年碳中和，给我们能源行业带来了重大发展空间，同时带来了机遇和挑战。当前欧盟正在推行碳税，一切将和碳挂钩，很多国家已经实现了碳达峰，而我们还有很长的路要走，未来碳中和不单单是环境问题，更是经济问题。总书记制定了目标，各个国家正在推行路线图的领域，制定碳达峰路线。重要的方向是调整未来能源结构，降低化石能源总量，实施可再生能源替代，构建以新型电力为主的电力系统，以新能源为主体的新型电力系统，在2050年非化石能源占到70%以上，煤炭占比10%以下，非化石占比到90%以上，非化石电力终端消费占55%以上。未来黑色是指传统的煤炭将越来越少，将来以绿色电力为主的能源时代，环境会越来越好，这些年在煤改电、煤改气背景下，环境也已经得到了明显提升。

将来可再生能源电力，风能、水能、太阳能为主体的，地热能、生物质能、核能，可再生能源电力将成为主要能源，我国将发展成世界上最大容量的可再生能源发电，从郊区到城市到每一个家庭到微观，各个环节都可以用可再生能源电力，同时我们要高效用电。

地热主要在供热领域来应用，所以我们也结合供热行业的发展，整体供热迅速发展，结构发生了变化，需求增长，同时南方供暖也有很大的增加。2018年北方城镇供暖137亿平米，农村没有包含进来，城市集中住宅87.8亿平米占到64%，比2013年增加30亿平米。这些年供热结构发生重大变化，燃煤占比占到70%以上，这些年燃气余热利用，燃煤占比降低16%，燃气升高8%，热电联产增高7%，其他能源升高1%，可再生能源只有3%，热电发展空间还是很大的。每年新增20亿平米建筑面积，其中居民15亿，公建5亿，以前采暖集中在西北、华北和东北区域，随着发展人口众多，经济条件比较发达，采暖需求越来越大，南方地区集中采暖比较少，黄色代表有部分集中采暖，未来潜力是巨大的。

这四个方面存在很大问题，能耗高、污染高、噪音高、不安全，很多燃气炉事故，设备老化，耗电量大，导致一些火灾事故发生等等。不仅能耗高，而且存在巨大安全隐患，南方地区冬季拉闸限电和美国德州的断电等等，都与冬季高能耗采暖有一定关系，因为美国电力很便宜，直接用电采暖。

地热在采暖方面也是应用了很多年，主要从分类特征、应用价值、政策引导、发展潜力方面做一些交流。地热分为深层地热、浅层地热和地表水地热几种，深层地热水热型，洗澡用泉水几千年了，可以直接采暖，地下裂隙里面供压裂技术封闭套管来解决，这与地下条件更是密切相关，需要高温干预岩体，如果温度低，出来的热水就很少，目前技术是每口井大概两千米深，只能解决五千到一万平米的供热面积，只解决了供热，还是潜力有限的，未来技术发展可能会有提升。

浅层地热，水下热泵、土壤源热泵目前发展比较成熟。土壤源热泵不受限制，哪里都可以做，就是成本高与低的问题。实际上热泵它受地下水的限制开采。像西安污水热泵也应用了很多年在推广，制订了一些强制的政策，我们从2008年北京奥运村就开始用污水热泵，这些都是宝贵的地热资源。它的效率高为什么高?因为它消耗了1度的电从地下提取3度以上的地热，以往是用火电、煤电，未来这种绿电、风电、核电、光电来驱动热泵，实现100%的可再生能源，清洁绿电加地热能，实现零碳供，潜力是非常巨大的。

通过一些比较，从投资方面地热能投资最高，但加上折旧之后，全生命周期来看地热泵是最低的，燃气是比较高的，电气热是最高的，它消耗电量太大，所以碳排放是比较高的。碳排放这块地源热泵碳排放是最小的，燃气是碳排放最高的，燃气热是其次，工业建筑也是这样。因为本身热泵就是一机两用三用，因为这样它的整体经济性会更好，长生命周期也就会更低，碳排放也就更低。

政策上刚才讲了习近平总书记2020年9月提出了双碳，在之前其实很多年都在推，从“十二五、十三五”都在推进可再生能源发展规划，北方冬季清洁取暖规划都提到了应用这块。因地制宜推广地热能、供气能，发挥高品质电能，在长江流域推动地热能发展，同时在今年4月份国家能源局推进了地热能开发应用的意见，到2025年比2020年增加50%以上，2030年比2025年再翻一番。

各地都推进了政策，北京、上海、河北、西安都制定了自己的城市新能源利用政策，北京市计划“十四五”期间每年先做1000万供应，目前采用30%的投资补贴，上海在运行补贴推进，都是为了构建清洁、低碳、安全、环保的能源体系。发展潜力上这些年呈高速增长，已经跃居全球第一，二十年了基本上增加了十几亿平米。

其他的也增加了，从2000年之前的1000多万平米现在增加到将近5亿平米，环保潜力也非常大。它的可开采量折合为7亿吨标煤，其他的折合18.6亿吨标煤加一起将近25亿。2019年我国标煤消耗量28.1亿吨，建筑占到40%，可见如果地热能应用50%就全部替代了建筑热能，实现了地热能产暖，但这个比例比较高，占到10%20%逐渐提高，潜力也比较大。

地热能技术发展也经历了几个阶段，从起步阶段2000年前，第一个十年是推广阶段，第二个十年是快速发展阶段，现在是高质量发展阶段，从早期的小规模建筑到京津冀推广，从早期的单一地源热泵系统，到现在规模越来越大，从华北、华中到全国应用，规模是50万平米、100万平米都有，从多能互补、智慧能源，未来向零碳供能发展，这几个方面都取得了长足的发展和进步，同时形成了一系列标准。2005年国家制订了国家地源技术规范，从设计和生物方面加以规范，每几年做一次修订，不断的完善，北京市各地也制订了自己的标准，2005年制定了技术，从施工方面加以约束和指导。

2020年制定了运行技术规范和能效技术规范，从运行管理能效上做了规定和指导，目的是提高运行效果效率，提高能效比，切实实现价值。发展中也曝露了一些问题，故障率高等等这是系统设备上的问题，地下井有渗漏、地源变化等等功能不稳定，问题曝露了很多，也有很多负面消息，电容不好用，河北省一刀切，导致了地热井全部关停，这是快速发展做产能的问题，因为它是系统工程，早期没有多少人知道，没有引起重视，导致出现了这些问题。应该全面系统的观察认识地源热泵，这是全局观念，全生命周期理论管理。为什么这么说?因为它是多学科工程从地质到勘察、通水、排水、电气、自控、计算机等多元化多学科支持;多相关方，建筑、设计、总包、分包、运营等等十多个相关部门和政府主管单位，同时也有系统性，再是全生命周期性，从可研、设计、施工到运维几十年的时间，充分认识这些把系统归纳和整理分析，解决每个环节问题才能良好的运营。

全生命周期理论涉及到从前期可研、勘察设计、审批、安排、检测采集、运行数据统计和分析进行节能管理和评价或者提升，是个循环迭代过程，不是建完就完事了，这是个全生命周期的事情，我们也分析了一下全生命周期理论来测算一个项目，前期可研只占到总成本不到千分之一，设计占了百分之零点几，这是成本，施工成本占到20%左右，运营成本占到80%，但是可以看出来可研阶段是非常大的，不能随便就通过了，要认真分析找到适合自己的因地制宜的路线，这样将来才能运行。设计阶段潜力也比较大，因为要设计选型，因为它是主机效率方，要有主动的匹配性、系统控制等等选择。再是施工环节的降本能力只有5%，因为除了量化，市场价都是透明的，人工也是透明的，所以这个环节只有努力降低减少浪费，成本降了才可以。而且二十年运行过程中总成本80%，节能潜力非常大，运营好与坏差别非常大，普通的运营工、烧锅炉工他没有专业知识，我们专业的管理节能能节一半以上，所以这个潜力是非常大的，占全生命周期的40%。

因为地源热泵不是简单的打井工程，系统越来越大，很多没有场地还要放在基层下面来打装，全过程细化管理要落实到每一个环节。最后还要做系数检测，这是全流程、全过程，不容得一点点马虎的事情，这一项目尤其是在南方地区，经常下雨，施工期又经常在雨季，下雨肯定不行，所以就为了减工期快速施工完快速使用，导致质量不过关，一定要高度重视这个事情，抓加强工程控制，当然运营过程中也很重要。

运营过程中也加强环节控制，有专门的管理机构，专业公司专业团队和工程师和专业操作人员制定体系，运行管理体系，相关管理手册、协同管理制度、操作流程等不是高高挂起来了，是结合项目特点因地制宜的。日常中员工加强培训，后期运行中要定期做评价，能耗高与低，进行对比看有没有改进空间等等。过程中它的预期比较长，过程中有新技术出现要在改革中及时提升效率，实行节能降耗保值增值，项目进行了将近20年，其实过程中一直在提升和改进，不是减完了就没事了，和现在的手段相结合进行信息化。技术创新促进地热发展，技术模式的创新包括单一地质向多能耦合综合能源发展，与热泵相结合，实现零碳。不但和单一的地热能或者污水源热泵，常规的燃气、锅炉相结合，热网与电储能、太阳能、光伏、风电都可以结合进来，还有空气能，结合自己的资源因地制宜的利用，进而挖掘特色中能源安全和高效，经营模式从以往专业分包向EPC总承包，整体设计施工前或一体化，同时与运营相结合实行EPCO业务，要与资本相结合，目前国企、央企平台公司进来，主要是在F端，或者是投融资平台，我们下面专业化服务公司还要做好运营和设计施工，这样整体来实施，就能实现安全和低碳。

创新促进地热能发展，利用多元化主体的经营模式，这在能源领域是非常容易实施的，因为是稳定的在使用，冬天四个月，夏天四个月五个月，采用空调、热水一体化，专业的让服务公司这些规划设计，能够管理，单一的建设方、园区运营商、建设方没有这么多专业人员，开发商也是没有这么多专业人员，只是会盖楼，在里面配齐这些专业人员有学习过程，所以就不如委托专业公司来做这些事情，这是未来的发展方向，我们也一直在走这条路线。

与分布式相结合，传统热电厂是搞大集中来进行采暖，但能耗特别高，整体下来在0.3以上，输送成本太高。未来向绿色综合能源发展方向，园区、学校、住宅、医院等等分布式建立能源站自行解决，不足的地方可以热网相结合，有热网的热网结合，没有热网的自己建，这样就解决小型化、区域化及时投产，而且能耗也比较低。目前我们在北京河北市的热力公司都在这样推进，这是区域能源和分布式相结合，提供综合能源服务，区域能源以电网预热为主，增加新能源供热和发电。在用户端使用空气能、储能等共同相结合。

再是柔性热网多源协同，网是柔性的，就像电网一样四通八达，可以上升可以下达，新能源可以发电，供热也是，用户端的富余供热可以供到大网里，多元协同这是多种能源形式整合到一起，这样清洁高效稳定低碳。

顺便介绍一下我们公司，华清安泰是以热泵技术为基础，通过地热能、潜层地温能、地表水、污废水、空气能等结合这些地热能利用空气能，通过储能技术型结合，构建整体技术，通过互联网+能源网平台，提供供冷供热和生物用水服务，值得投资、运营、建设、托管一体化服务。目前公司主要是下设分公司和子公司，以北京为主覆盖京津冀西部和西南地区，四川、南昌、上海等地区来推进。公司这些年做热泵20年，配合政府参与了编辑国家标准和北京市地源热泵的相关标准，同时每年配合发改委做北京市地源热泵的培训以及评估评价工作，像我们园区项目是北京市地热实训基地，很多朋友应该到那都去过。提升管理水平，提高管理效力，开发了物联网+智慧能源管理平台，平台包括北京市、河北省的节能低碳目录，包含能耗管理、系统能耗采集分析，自动化运营、远程监控，不断可以看还可以调动和控制，这个系统不像以前的比较简单，人工功能系统、储能系统，它的策略是非常复杂的，只会认为是线上线下相结合，后勤管理实现系统化和全生命周期维修报表都在里面实时调度，我的一系列全环节节能降耗提高效率，这是公司的能源管控中心首页面，全国的区域图和维修保修，以及系统对比分析，都在其中，实现纵向横向都能对比。同时热泵能效检测系统每5分钟一个数据实施统计系统能效也可以降到1分钟，输出多少能消耗多少电，当日当月都可以整体评价。

同时，我们作为系统集成单位服务商，也开发了自己的产品和能源管理平台，成熟产品没有再开发继续在做定制。像储能也是我们关键产品，像我们从十几年前做的项目一直到现在，只要有前沿实施，热泵和储能相结合提高主机效率降低费用，目前已经推行了三年多，主机到每个模块软件都能内置它的信息码，可扫码报修，从设计、安装运营全过程来试用，我们的能源管理平台也不但是自己在用，而且推广到各个领域，智慧校园、智慧供热、智慧工厂。

刚才讲到创新模式投资建设一体化项目，目前投资了三个项目，都在建设当中。我们积极参与冬奥建设，有幸参与了两项，一项是奥运村在延庆，准备做到100%的储能，还有停车场也在旁边，两个是互相联动的，大巴车停到这可以摆渡到这，游客车不能开上去，建设过程在原来的小山头上建设奥运村，这边是基房。我们积极参与副中心建设，这边是行政办公区60万平米，办公、医院、住宅等提供空调热水和储能以及调峰。我们的EPCO模式在用友产业园运行了16年，我到北京市火电能源局建设部的示范项目也经常有人来参观学习，已经非常稳定，因为用友这个项目非常有代表性，所以我们企业2005年就决定做50万平米的园区，后来它的南方园区、山东园区都在推应用低热能，因为这就是代表着行业、企业对项目的认可。民营企业它不搞结项工程，不搞花架子，住宅领域里面也是，解决热网不到位的情况下，我们利用地热能与它相结合，因为我们的项目规模比较大，所以小型这块我们不让摆，幸好有地热能和能源塔能解决这个问题。

我们还在一些农业领域应用，搞设施农业，原来是燃油，取消之后因为燃气成本太高，就改成了地能热泵系统，改完以后效果还是非常好的，目前都已经投产运营了，大家有机会可以去参观一下。

我的汇报就到此结束，感谢大家聆听，希望大家有机会一起合作，共同推进新技术发展。