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1、汪集暘汪集暘(中国科学院地质与地球物理研究所,北京,(中国科学院地质与地球物理研究所,北京,100029)2023-05-09 长沙长沙2023年中国国际新能源大会地心:地心:4500外核外核地幔地幔1000-3700地壳地壳:30/km大气圈大气圈地热是蕴藏在地球内部的热量,也是驱动整个地热是蕴藏在地球内部的热量,也是驱动整个地球发生发展的原动力。地球发生发展的原动力。地热能是地球的本土能源地热能是地球的本土能源据估算据估算,储存于地球内部储存于地球内部的热量约为全球煤炭储量的热量约为全球煤炭储量的的1 1.7 7亿倍亿倍,其中其中,可利用可利用量相当于量相当于49484948万亿吨标准煤万
2、亿吨标准煤,按目前世界年消耗按目前世界年消耗190190亿亿吨标准煤计算吨标准煤计算,能满足人能满足人类数十万年的能源需求类数十万年的能源需求。地热能资源量巨大地热能资源量巨大在新能源和可再生能源大家族中在新能源和可再生能源大家族中,地热能发电的能源利用效率最高地热能发电的能源利用效率最高(平均平均84%),在在一些国家或地区可达一些国家或地区可达90%以上以上,地热发电平均利用效率达地热发电平均利用效率达84%,为太阳光伏发电的为太阳光伏发电的5倍倍,风力发电的风力发电的3倍且可靠性强倍且可靠性强,既可作为基本载荷既可作为基本载荷,亦可作为调峰载荷亦可作为调峰载荷。8744721430273
3、7804970406080100地热能地热能水电水电生物质能生物质能太阳能光伏太阳能光伏太阳能光热太阳能光热陆上风电陆上风电海上风电海上风电20102019利用系数利用系数(%)(IRENA,2019)地热地热能源利用能源利用效率效率高高据国际可再生能源机构报告(据国际可再生能源机构报告(IRENA 2019),可再生能源发电成本如下:),可再生能源发电成本如下:(IRENA,2019)4.93.77.637.834.68.616.17.34.76.66.818.25.311.505540地热能地热能水电水电生物质能生物质能太阳能光伏太阳能光伏太阳能
4、光热太阳能光热陆上风电陆上风电海上风电海上风电20102019美分美分/kWh成本有竞争性成本有竞争性国家碳中和路线图国家碳中和路线图替代能源:替代能源:五大非碳基能源:五大非碳基能源:水电、水电、地热能地热能、太阳能、风能、核能、太阳能、风能、核能固碳技术:固碳技术:1 1、生态系统固碳、生态系统固碳2 2、二氧化碳地质利用与封存、二氧化碳地质利用与封存(CCUS)(CCUS)丁仲礼副委员长主持中国科学院重大咨询项目煤电,11.471,31%气电,3.750,10%核电,1.000,3%水电,4.500,12%风电,5.665,15%太阳能电,10.428,28%生物质电,0.521,1%煤
5、电,4.761,44%气电,0.975,9%核电,0.700,7%水电,1.710,16%风电,1.147,11%太阳能电,1.199,11%生物质能电,0.261,2%年末年末装机容量:装机容量:37.34亿亿kW年总发电量:年总发电量:10.75万亿万亿kWh地热开发利用与碳中和地热开发利用与碳中和/碳达峰碳达峰20302030年年能源消费总量能源消费总量59亿亿tce非化石能源消费比重非化石能源消费比重25%人均年用电人均年用电7508kWh电力系统电力系统CO2年排放年排放39.2亿亿t2030年我国能源电力发展估算年我国能源电力发展估算周孝信,周孝信,2021转引自胡圣标,转引自胡圣
6、标,2021地热开发利用与碳中和地热开发利用与碳中和/碳达峰碳达峰浅层地热资源年可开采量折合浅层地热资源年可开采量折合7亿吨标煤;水热型地热资源年可开采量折合亿吨标煤;水热型地热资源年可开采量折合19亿吨标煤;亿吨标煤;地热资源年可开采量共计地热资源年可开采量共计26亿吨标煤亿吨标煤,减排约减排约68亿吨亿吨CO2,约占目前排放量的约占目前排放量的68%。地热地热分布概况分布概况减排约减排约250亿吨亿吨CO2减排约减排约22360亿吨亿吨CO2地热在地热在“双碳双碳”中的贡献中的贡献直接利用直接利用水热型发电水热型发电双工质循环双工质循环蒸汽及混合循环蒸汽及混合循环增强地热系统增强地热系统中
7、国地热直接利用中国地热直接利用世界第一世界第一截止截止2019年年,全国浅层地热能供暖全国浅层地热能供暖/制冷面积达到制冷面积达到8.41亿平方米亿平方米,全国水热型地热能全国水热型地热能供暖面积达到供暖面积达到2.82亿平方米亿平方米。333853480946500480040366803488237325704806230025980000120000中国中国美国美国瑞典瑞典土耳其土耳其冰岛冰岛日本日本德国德国芬兰芬兰法国法国加拿大加拿大年利用量年利用量(GWh)装机容量装机容量(MWt)数据源自:Lu
8、nd and Toth,2020换热器热泵(调峰)用户开采井回灌井中深层地源热泵工作原理图中深层地热供暖利用技术中深层地热供暖利用技术中深层地热一般深度在中深层地热一般深度在3000米以浅米以浅,可以通过抽取热水或者水汽混合物提取热量可以通过抽取热水或者水汽混合物提取热量。地热地热取暖技术可以通过开采井抽取地热水或者在地热井内换热器加热循环出来的热水作为热取暖技术可以通过开采井抽取地热水或者在地热井内换热器加热循环出来的热水作为热源源,达到建筑物采暖所需的供水温度实现向建筑物稳定取暖达到建筑物采暖所需的供水温度实现向建筑物稳定取暖。多井采灌取暖工作原理图地源热泵技术地源热泵技术地热供暖产业现状
9、地热供暖产业现状中深层地热中深层地热浅层地热浅层地热我国地热供暖我国地热供暖遍布遍布天津天津、北京北京、河北河北、陕西陕西,山东山东等华北地区等华北地区,在东北和西南在东北和西南、西西北地区也有规模应用北地区也有规模应用。截止截止2021年底全国地热供暖面积达超过年底全国地热供暖面积达超过14亿亿m2南京市江北新区:江水空调项目,规模将达南京市江北新区:江水空调项目,规模将达1600万平米。目前全球最大规模同类项目。万平米。目前全球最大规模同类项目。地表水源热泵的“水空调”新技术地表水源热泵的“水空调”新技术长江水源热泵的“水空调”长江水源热泵的“水空调”上海世博城市最佳实践区(江水源热泵)重
10、庆江北嘴(江水源热泵+冰蓄冷)南京鼓楼软件园(江水源热泵)北京中关村西区(冰蓄冷)上海世博A、B片区(冷热电三联供+水蓄冷)珠海横琴新区(冰蓄冷+余热利用)深圳前海深港合作区(冰蓄冷)天津于家堡金融区(冰蓄冷)地热与其他可再生能源互补综地热与其他可再生能源互补综合利用合利用,实现较高的能源使用实现较高的能源使用效率效率,称为称为“地热地热+”。“天天”(太阳能太阳能)“地地”(地热能地热能)合合一一,“动动”(风能风能)“静静”(地热地热能能)结合结合,加速我国新能源和可加速我国新能源和可再生能源发展再生能源发展。大力发展“地热大力发展“地热+”“地热地热+”概念研讨”概念研讨地热“+”概念探
11、讨雄县地下水位图雄县地下水位图地球充电地球充电/热宝热宝地球充电地球充电/热宝是热宝是以地以地球介质为载体球介质为载体的的“地热地热+”多能多能互补互补储储供供能系统能系统。该系统可将各种形该系统可将各种形式的能量储存于地下式的能量储存于地下并并按需求取出加以利用按需求取出加以利用,是地热开发利用的一种新途径是地热开发利用的一种新途径。据估算,储存于地球内部的热量约为全球煤炭储量的据估算,储存于地球内部的热量约为全球煤炭储量的1.71.7亿倍,其中,可利用量相当于亿倍,其中,可利用量相当于49484948万万亿吨标准煤,按目前世界年消耗亿吨标准煤,按目前世界年消耗190190亿吨标准煤计算,能满足人类数十万年的能源需求。亿吨标准煤计算,能满足人类数十万年的能源需求。地球充电/热宝中科院中科院-基金委前沿交叉研判项目基金委前沿交叉研判项目长三角院士咨询项目长三角院士咨询项目长三角院士咨询项目长三角院士咨询项目长三角院士咨询项目长三角院士咨询项目长三角院士咨询项目长三角院士咨询项目谢谢!报告中引用了国内外同行的大量文献,未一一标明,在此一并致谢!报告中引用了国内外同行的大量文献,未一一标明,在此一并致谢!