雄县地热水供暖模式推广建议

刘晓敏 洪 帅

(1.河北经贸大学经济研究所，河北 石家庄 050061；2.河北经贸大学京津冀一体化发展协同创新中心，河北 石家庄 050061)

北方地区近年来冬季空气污染严重，已严重影响了人们的工作和生活，成为了政府关注的焦点问题，国家出台了一系列政策来改变空气质量。2013年国务院下发了《大气污染防治行动计划》。2017年出台了《北方地区冬季清洁取暖规划(2017—2021)》，计划利用天然气、电、地热、清洁化燃煤等清洁能源替代散煤取暖来改变冬季空气质量。2017年国家发布了《关于加快浅层地热能开发利用促进北方采暖地区燃煤减量替代的通知》。冬季清洁能源替代散煤取暖成为改变空气质量的重要举措。

我国少数学者对地热水供暖效果、技术、产业发展和环境影响等方面进行了研究。茹洪久等[1]分析了天津一个居民住宅的地热供暖情况，发现初投资高、节能减排效果好，地热水梯级利用技术提高了利用效率，尾水回灌技术保证了地热资源的可持续利用。郭世博[2]认为地热水多元梯级综合利用是科学合理的。梅应春等[3]分析发现阜阳市某医院地热水的梯级综合利用效率较高，取得了优良的经济和社会效益。梅博等[4]提出地热资源可持续利用的最好途径是应用回灌技术，回灌技术中的真空回灌和压力回灌，能减轻地热井阻塞现象。张光辉等[5]以辛集馆陶组地下热水系统为例分析了河北中部平原区地热水更新问题，发现2000年以来该区地下热水处于超采状态，需要压采或者回灌来维持可持续利用。已有研究发现：地热水供暖节能减排效果好；地热资源梯级利用和地热尾水回灌技术可以解决地热水供暖带来的地面热污染、地下热水资源减少及地面沉降等环境问题；地热能是实现绿色城市的方式之一，但是地热能产业化发展需要政府的政策支持[6-14]。从技术、经济、运行模式等方面分析雄县地热水供暖的成功经验，对全国地热水供暖的推广性具有重要意义。

1 我国及京津冀地热水的分布及储量

目前我国水热型地热资源利用量折合标准煤为415万t,开采率达到0.2%，水热型地热资源开发利用潜力巨大。北京、天津、河北、山东、河南等13个省(市)适宜开发浅层地热能，供热采暖占水热型地热资源利用方式的32.70%，浅层地热能资源开发的主要利用方式为供暖制冷[15]。

回灌条件下京津冀地区有80个区县的地热流体折合标准煤可开采量大于30万t/a，是地热资源丰富的区县。其中，天津市10个区县，北京市9个区县，主要分布在平原区；河北省61个区县，主要分布在东部和南部的平原区。河北省有29个区县地热流体折合标准煤可开采量为3万～30万t/a，地热资源一般丰富，主要分布在河北省的中部和西部地区[16]。河北省地热水资源量高于北京和天津，平原区地热分布广泛，有较大开发应用潜力。

2 雄县地热水资源及利用概况

牛驼镇、容城、高阳三大地热田分布在雄安新区，是河北同类型地热资源中储量集中、出口温度高、开发利用条件最好的区域。目前勘查发现，雄安新区地热资源分布范围约占总面积的93%，地热资源丰富。雄县的地热资源面积广，基岩热储面积达320km2，占牛驼镇热田总面积的50%；地热水储量大，达821.78亿m3；地热水埋藏浅，热储埋深500～1200m，地热水温度高，出水温度达55～86℃。

雄县地热水供暖开始于20世纪70年代，供暖的方式是地热水直供直排。地热水直接供给居民采暖后尾水排到地表，造成了地表环境热污染。我国的地热水含氟量高，一般为0.5～17.0mg/L，高氟地热水尾水长期排放，会引起氟等危害元素污染尾水排放附近的土壤和农田。地热水直供直排还导致了地热水位平均每年下降10m左右，热储资源受到破坏，造成冬季供暖不可持续，甚至会引发地震等地质危害。

为了解决雄县地热水开发利用不合理的问题，2009年雄县人民政府秉持“保护开发资源、生态文明建设、绿色低碳经济发展”的理念，与地热水公司签订了地热资源开发战略合作协议，项目实施后，2009年实现了河北省内首口灰岩地热井尾水100%同层无压回灌。经过了近10年的探索，形成了取热不取水、地热水可持续利用的雄县地热水供暖模式。

3 雄县地热水供暖模式技术经济评价

雄县地热水供暖模式，技术上从地热水勘测到地热水供暖利用、回灌实现了高效利用、对环境影响降至最低；经济上是楼房地热水供暖成本由房地产开发商和地热水公司共同承担初建成本、地热水供暖用户承担和煤炭供暖相同的取暖费的模式，能够商业化运作；运行机制上，政府给予水电、税收和协助征地等工作支持，地热水公司全权负责建设、供暖运行工作。雄县地热水供暖政企合作，实现了双赢。

3.1 雄县地热水供暖模式技术上高效、清洁、先进

a.热储评价技术。绿源公司基于地质钻、录井的实测数据，运用数值模拟技术，对地热储层进行综合评价。根据评价结果，建立热储开发模式，确定合理的井间距和开采规模。

b.间接换热技术。地热水通过地热井抽取到地面，通过换热设备，将地热水中的热能和自来水进行热交换，自来水取得热能后输送给用户供暖。用户取暖用的水是地热水交换热能后的自来水，避免了地热水对人体和环境的危害。

c.梯级利用技术。为了提高地热水的利用率，将地热水进行多级利用。高温地热水进入一级板换进行换热后，水温降到48℃；然后进入二级板换进行换热，水温降到37℃；再进入三级板换换热后降到20℃，然后进入回灌系统进行回灌。一级板换的二次侧换热后的供回水温度为45～60℃，对暖气片用户供暖；二级板换的二次侧供回水温度为35～45℃，对地板辐射用户供暖；三级板换的二次侧供回水温度为15～25℃，为热泵机组的蒸发器侧提供热源，经热泵提取热量后，冷凝器供回水温度为35～45℃，可为地板辐射用户供暖。

d.尾水回灌技术。热交换后的地热尾水通过回灌井回灌。一般采用“一采一灌”和“三采两灌”。“一采一灌”即一个采水井抽地热水，一个回灌井回灌地热水。“三采两灌”即三个采水井抽地热水，两个回灌井回灌地热水，实现了“100%同层回灌”。

e.动态监测与高效运营技术。地热水公司自主研发出三维地热资源开发调控指挥系统，可以监测地下水水位、室内温度等，使地热水供暖实现智能化管理。

3.2 雄县地热水供暖模式经济上成本分担合理

楼房地热水供暖成本包括初建成本和取暖费。初建成本由房地产开发商和地热水公司共同承担。一口地热出水井能供热县城、乡镇、村级的楼房10万m2。楼房地热水供暖初建成本为130～140元/m2，房地产开发商负责40元/m2，剩余的初建成本靠每年的取暖费回收。取暖用户只承担取暖费，取暖费和煤炭供暖价格相差不大，每个供暖季16元/m2，使楼房用户能够接受地热水取暖费的价格。房地产开发商、地热水公司和楼房地热水供暖用户都能接受楼房地热水供暖的成本分担方式。

村庄平房地热水供暖初建成本由政府和地热水公司共同承担，用户承担取暖费。村庄平房地热水供暖初建成本为平均每户2.5万元，由政府和绿源公司承担，政府承担每户2.0万元。村庄平房地热水用户承担取暖费，每个供暖季16元/m2。

3.3 雄县地热水供暖模式实现了政府扶持、企业商业化运行机制

a.政企合作，市场运作。雄县政府成立了地热管理办公室，地热水公司负责地热水供暖整体开发工作，征地时雄县地热管理办公室给予协助支持，雄县政府在税收、环保、水电价格等方面给予地热水公司连续的优惠政策。

b.楼房地热水供暖成本分担模式适合商业化运作。雄县地热水供暖楼房成本与燃煤相比，初建成本由房地产开发商和地热水公司承担，住户只需要负担和燃煤供暖相同的取暖费，政府不需要在地热水供暖成本上承担责任，因此楼房地热水供暖成本承担方式适合商业化开发。农村平房地热水供暖成本则由政府和地热水公司承担，给政府造成较重的负担，不适合商业化开发。

4 雄县地热水供暖用户的反响

4.1 县城、乡镇、村级的楼房地热水供暖用户，反映地热水供暖效果好

a.对人体无危害。雄县的地热水换热技术，只利用了地热水的热能，将地热水的热能转换给自来水，自来水受热后，再输送给楼房的用户。地热水换热技术避免了地热水直供导致的有害物质对人体的危害。

b.地热水供暖温度合适。楼房地热水供暖用户反映，地热水供暖温度较高，由于户里安装了可以调解温度的设备，使供暖温度适宜，生活舒适。有些村镇的楼房没有安装可以调解温度的设备，地热水供暖温度太高，冬季户外温度低，户里户外温差大，容易导致感冒。

c.地热水供暖费用合理。地热水取暖户每个供暖季取暖费16元/m2，费用合理，能被接受。因此，地热水公司能够顺利收取地热水取暖费。

d.地热水换热技术供暖实现了对大气、地面无污染。化石能源供暖排放二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮等有害物质，污染大气，也造成大气温度上升，形成温室效应。地热水供暖换热技术避免了大气污染、地面热污染、危害元素污染土壤等情况的发生。地热水供暖是冬季清洁的供暖方式，适宜在地热水资源区广泛推广使用。

4.2 农村平房地热水供暖效果较差

农村平房地热水供暖温度不稳定。由于村庄的平房分散、铺设的地热水二次网太长；平房面积大，保暖性差，容易散热，导致到户的地热水供暖温度低于楼房。已使用地热水供暖的农户普遍反映地热水供暖的温度有时偏低。需要继续探索适合农村平房地热水供暖的技术。

一部分农村平房住户的地热水供暖，较长时间温度偏低，农户对此不满，地热水公司收取农户地热水取暖费时，农户不愿意交取暖费或不足额交取暖费。

5 结 论

a.地热水供暖商业化建设管理模式适合在地热水资源区楼房推广。地热水公司和房地产开发商共同承担地热水初建设成本，政府给予地热水公司开发地热水的政策支持，楼房用户只负担和煤炭取暖价格相差不大的地热水取暖费，地热水公司负责收取取暖费并负责地热水供暖的维修等管理问题。这种商业化地热水供暖运营模式让政府、地热水公司、房地产开发商、地热水用户四方共赢，未给政府造成巨大的初建成本负担，值得在地热水资源区集中居住的楼房小区广泛推广使用。

b.地热水供暖推广使用时可参考雄县地热水供暖模式技术操作规范。雄县地热水供暖模式技术上使地热水资源得到高效、可持续利用。热储评价技术确保了热储温度平衡和水量动态稳定，使地热资源得到可持续开发；间接换热技术避免了地热水直接供暖造成的地热水含氟量高等有害物质对人体的危害和对小区管网、末端的腐蚀；梯级利用技术，最大限度地利用了地热水的热量；地热尾水的完全回灌，解决了地热尾水直接排放到地面造成的热污染问题并使地热水尾水回到抽取地层；动态监测与高效运营技术，可以及时管理、调配地热资源，实现了地热资源的优化管理与高效运营。地热水供暖推广使用时可参考雄县地热水供暖模式操作规范。