杨永明
(能源情报研究中心)
地热能是蕴藏在地球内部的热能,具有储量大、分布广、绿色低碳、可循环利用、稳定可靠等特点,是一种现实可行且具有竞争力的清洁能源。地热能开发利用可减少温室气体排放,改善生态环境,有望成为能源结构转型的新方向。
地热能资源储量丰富,分布广泛但不均衡。国际能源署、中国科学院和中国工程院等机构的研究报告显示,世界地热能基础资源总量为1.25×1027焦耳(折合4.27×108亿吨标准煤),是当前全球一次能源年度消费总量的二百万倍以上(当前全球一次能源消费总量按200亿吨标准煤计算)。全球地热能主要集中在4个高温地热带上,分别是:大西洋中脊地热带,东非裂谷地热带,环太平洋地热带以及地中海—喜马拉雅地热带。
目前世界上已超过30个国家设定了各自的碳中和目标时间。能源系统转型被视为经济脱碳的关键驱动力,加快能源转型、发展清洁能源成为各国应对气候变化的重要选择,多国的碳中和承诺为全球地热产业发展提供了契机。
我国是地热资源大国。近年来,在能源革命、大气污染治理、北方清洁供暖的大背景下,地热能在我国能源系统中发挥着日益重要的作用。
本文在总结全球地热资源开发近况基础上,梳理世界多国发展地热产业的政策机制,并分析全球地热市场在研发技术、开发模式、参与主体等方面的发展动向,为地热行业未来发展提供参考。
一、全球地热资源开发概况
按照空间分布和赋存状态,地热资源可以分为浅层地热资源、水热型地热资源、干热岩地热资源。其中,水热型地热资源又分为高温和中低温地热资源。不同类型地热资源利用可分为直接利用和发电利用两类。
(一)地热直接利用
地热直接利用包括供热、制冷、烘干、温泉洗浴等。近年来,全球直接利用地热能的国家数量不断增加。根据2020年世界地热大会的统计,2020年直接利用地热能的国家/地区已从1995年的28个增至88个。
截至2020年,全球地热直接利用折合装机容量为1.08亿千瓦,较2015年增长52%,地热能利用量为1020887太焦/年(约合2835.8亿千瓦时/年),较2015年增长72.3%。地热直接利用装机容量世界排名前五的国家分别为:中国、美国、瑞典、德国、土耳其;地热能利用量排名前五的国家分别为:中国、美国、瑞典、土耳其、日本。
按类别划分,地源热泵是全球地热直接利用最主要的方式,地源热泵供热制冷,主要分布在北美、北欧和中国等地区,到2020年地热能利用量占比约为58.8%。温泉康养方面,包括洗浴、游泳、娱乐等,具有很高的附加值,虽然没有政府的主动推动,却一直在自发地迅速发展,地热能利用量占比约为18%。空间供暖(其中绝大部分是区域供暖)的地热能利用量约占16%,主要集中在中国、冰岛、土耳其、法国、德国等国。此外,温室供暖的地热能利用量约占3.5%,工业应用约占1.6%,水产养殖池塘供暖约占1.3%,农业干燥占0.4%,融雪和冷却占0.2%,其他方面占0.2%。
国际能源署预测,到2035年、2040年,全球地热直接利用装机容量将分别达到500吉瓦和650吉瓦。
我国地热直接利用装机容量和直接利用量连续多年居全球首位,对地热能的直接利用主要集中在供暖、制冷、养殖、洗浴等方面。上世纪90年代以来,北京、天津、保定、咸阳、沈阳等城市开展中低温地热资源供暖、旅游疗养、种植养殖等直接利用工作。本世纪初以来,热泵供暖(制冷)等浅层地热能开发利用逐步加快发展。截至2019年底,我国浅层和中深层地热能供暖建筑面积超过11亿平方米。
(二)地热发电
地热发电是地热能利用的重要方式。与其他可再生能源发电技术相比,地热发电的机组利用率高、度电环境影响小、成本具有竞争性),且不受天气条件的影响,可提供基荷电力。
近年来,全球地热发电市场不断增长。根据国际能源署数据,2019年全球地热发电量达到91.8太瓦时,同比增长3%。
在2020年疫情冲击下,地热发电增长受到一定影响。根据ThinkGeoEnergy数据,2020年全年全球新增地热发电装机容量202兆瓦,其中土耳其新增168兆瓦,贡献了绝大部分的装机增量。截至2020年底,全球地热发电装机达到15608兆瓦。其中,美国地热发电装机3714兆瓦,居世界首位,其次是印度尼西亚、菲律宾、土耳其和新西兰。地热发电装机排名前十的国家占到全球地热发电装机总量的90%以上。
2015~2020年间,全球地热发电装机增长约27%,土耳其、印度尼西亚、肯尼亚带动了全球地热发电装机的增长,上述三国新增地热发电装机分别为1074、998、599兆瓦。在此期间,比利时、智利、克罗地亚、洪都拉斯和匈牙利相继进入利用地热发电的国家之列。
虽然目前地热发电仅占全球非水可再生能源装机的比重约为1%,但由于机组利用率高,地热发电贡献了非水可再生能源发电总量的3%以上。在资源条件适合的地区,地热发电在电力平准化成本上可以和其他可再生能源媲美。许多国家正在加快进入地热市场,特别是欧洲国家。以德国为例,德国已拥有37座地热发电设施,并计划在未来数年里新增16座地热发电以及供热设施。