雄安新区：构建“零碳智慧”能源示范区设想

('龙源期刊网http://www.qikan.com.cn“”雄安新区：构建零碳智慧能源示范区设想作者：周锦明来源：《开放导报》2017年第05期[摘要]设立雄安新区是千年大计、国家大事。要贯彻落实习近平总书记的指示精神，全面创新能源系统和体制机制，基于京津冀及周边区域丰富的地热、天然气等清洁能源资源，创新理念和技术，以先地下后地面的4D四维空间模式进行城市总体规划和能源规划，结合地震技“”术和大数据、互联网等先进技术，为科学规划雄安智慧城市、构建零碳智慧现代能源体系示范区、保证千年城市安全发展提供支撑。[关键词]“”雄安新区能源规划零碳智慧城市地热资源合理利用[中图分类号]F264[文献标识码）A[文章编号]1004-6623（2017）05-0018-06城市规划必须坚持先地下后地面的理念，地质地震勘察必须先行，建立雄安新区四维空间地质结构大数据，为雄安新区城市规划及安全建设提供科学依据。雄安新区应充分利用当地及周边地热等清洁资源，但要科学规划合理利用，先要搞清地下地质结构及地热可采资源量和废“”弃天然气田储气能力，实现热气电多能互补科学规划，构建零碳智慧生态安全现代化智慧城市。一、先地下后地面建立4D四维空间的城市规划和能源规划“”城市规划是以前瞻性、科学论证、专家决策为前提，研究城市的未来发展、空间布局的合理性和综合安排城市各项丁程建设的科学部署，是城市建设和管理的重要依据。应先地下规划，后在地下规划的基础上进行地面规划，把地下数据信息完整地留给子孙后代，把雄安新区“”建成世界上独一无二的地下地面一体化、可透视的零碳数字智慧城市。从全球城市建设历史看，城市规划基本上更重视地面规划，而轻视地下规划。目前没有一座城市拥有一套完整的地下数据库。城市数字化虽然逐步成为现实，但是仍停留在地面层次，且还处于初级阶段，这是由于受当时技术条件和规划理念的限制，即使有些城市有一些重磁电的地质普查和少量钻孔的地质数据，但低分辨率的重磁电数据远不能满足城市精细规划的要求，可以说地下数字化基本上处于空白。我们对赖以生存的地球了解得太少，远不如对太空了解得多。我们可以看到遥远的星球，可是我们看不见生存城市的地下是什么样的地质结构，譬如城市地质结构有多少断裂、多少地下河道、多少资源（地热、天然气等）可以利用。如果雄安新区一旦建成，地下地质地震数据就难以采集，必然留下数据缺口和千年遗憾。从目前的城市规划来看，地下地面统筹规划的理念没有引起重视及对在城市建设之前开展地下地质精查丁作的重要性认识有待提高。因此，未来雄安新区规划不能只停留在地面规划，有关部门在城市规划建设中要在规划之前先进行城市三维地震数据采集和成像处理，建立未来城市地下信息数字库。雄安新区地下可视化、透明化，洞悉城市地下地层地质详细情况，三维地震数据采集是排头兵，可查清地下三维地质结构和资源情况。多年来在华北地区地球物理和地质勘探研究结果表明，整个华北地区包括任丘、雄安东部、北京东南部等地区地下断裂发育，城市建设一定要龙源期刊网http://www.qikan.com.cn避开地下这些大断裂系统。雄安新区处于霸县凹陷和廊固凹陷之间的牛佗镇凸起，凸起两侧断裂发育，目前牛佗镇凸起地下空间数据仍有超过2/3区域处于空白，亟需进行三维地震采集数据，建立高分辨率地下信息数据库（浅层断层分辨率达到l米以内），为千年大计、雄安新区——城市安全建设规划提供科学依据。利用三维地震数据和潜能恒信特色的透视地球专业技术WEFOX新一代地震成像技术，可建立雄安新区（四层三维立体空间+一维时间）四维地质结构大数据。四维空间是指随时间的推移，连续不断地采集、更新地下数据及地面数据，从而建立起雄安新区不同时间（时间轴上）的城市地面三维空间和地下三维地质结构大数据，为地下资源综合利用和城市安全建设规划及监控提供科学依据和有效支撑。第一层，地面空间建设规划。地面建设规划必须尊重地球地质规律，把握地球运动规律、利用地下地质规律。因此地面规划应先地下规划，进行地下地质详查，地震先行，将雄安新区地下地质信息数字化，以满足地表水文、环境地质详查和自然地质灾害调查与监测的需要。第二层，地下管道设施（管廊）建设，需要近地表地震地质数据。第三层，第四系地下水资源利用，需要浅层地震地质水文数据。第四层，地下能源与矿产资源调查（地热田和天然气田），需要地震地质数据。通过人丁地震透视雄安新区地下地质结构，为城市规划建设提供依据。已有地质勘探研究成果显示，从南北向（从任丘经过雄安新区东部到北京东南郊方向）采集的地震剖面，展示了雄安新区周边地下地质结构一牛坨镇凸起和牛坨镇大断裂与雄安新区的关系，并充分透视了地下地热资源从中低温到高温地热分布地质变化规律。从东西向透视地下图像展示可以看出，雄安新区地下牛坨镇凸起起伏变化的复杂古基岩地貌控制地热资源发育程度，以及浅层地下河道横向交错变化的地质特征。京津冀地区在漫长的地质演化过程中，形成地热田与天然气田并存共生。赋存了丰富的中低温地热资源和建设天然气库资源。从地震地质剖面看，雄安新区地热资源具有埋藏浅、温度高、储层好、储量大、水质优、易回灌的优势。开发利用地热资源，取热之后地下水可l00%回灌，取热不取水，实现地热资源注采平衡一体化再循环利用，结合分布式天然气能源站多联供系统，达到绿色、环保、安全可持续的能源规划目标。然而要达到经济性、低成本、高效利用地热资源，必须寻找优质、高温、高产地热井，因此需要地震先行、透视地球，需要高精度的中深层地震地质数据，摸清雄安新区地下高产高温地热资源和天然气资源的地质分布规律。这些可借鉴潜能恒信先进WEFOX成像技术在寻找优质储层勘探方面的经验，为寻找优质地热资源助一臂之力，将地下地质结构和资源高精度可视化，最终实现地热气电多能互补，构建“”零碳绿色安全智慧现代化城市。二、雄安新区及周边地区具有十分丰富的地热和天然气资源“”要实现雄安新区建成零碳清洁生态安全现代化智慧城市目标，仍面临许多挑战。目前，雄安新区环保形势十分严峻，PM2.5居全国第五，空气污染严重，白洋淀水体严重的富营养化，淀边水体总氮水平已远超地表水环境质量v类标准限值（2.Omg/L），因此清洁能源替代传统的煤炭利用迫在眉睫。龙源期刊网http://www.qikan.com.cn1.雄安新区地热、天然气资源丰富京津冀区域每年可开发利用的地热资源量折合标煤3.43亿吨，相当于京津冀2014年燃煤消耗总量的94%，每年可减排二氧化碳8.18亿吨。雄安新区地热田面积320km2，地热水总资源量821.78亿m3，。雄县境内天然气地质储量达10亿m3以上，油井1200余眼，年产原油70万吨、天然气1800万m3；。雄安新区得天独厚的地热和天然资源条件可很好地解决京津冀地区环境污染问题，基本满足低碳绿色发展需要。2.雄安新区地热田形成条件优越华北地区地质地震勘探研究结果表明，雄安新区在地质构造上属于渤海湾盆地冀中坳陷的中西部，中心地带位于容城凸起、牛驼镇凸起和高阳低凸起，处于霸县凹陷和廊固凹陷等三级构造带的交汇地带。三大凸起基岩层导热率高，直接与地球深部恒温高温热源接触，为其上覆地层提供了很好的热能供给，特别是三大凸起基岩层的碳酸盐岩层发育大量的裂缝、溶洞及孔隙，形成了很好的热储空间。3.雄安新区及周边地热田分布广泛在漫长的地质演化过程中，雄安新区及周边区域形成丰富的中低温地热资源，除邻近太行山隆起区地温梯度偏低外，该地区地温梯度普遍大于2.5/lOOm℃，最高可达9-11/lOOm℃。目前已发现的地热田有雄县牛驼镇凸起、容城凸起、高阳低凸起、雁翎（白庄子潜山）、大城凸起、玉兰庄、大兴凸起等地的十多个地热田。这些地热田以碳酸盐岩裂缝洞隙型热储为主要热水储集场所，另外上第三系砂、砾岩孔隙型热水储集场所也广泛分布。该地区地下具有五大含水系统：地下水系第四系含水系统（12-25℃）；地热水系上第三系含水系统（40-50℃）；下第三系含水系统（45-78℃）；高潜山含水系统（50-89℃）；低潜山含水系统（100℃以上）。其中雄安地热资源属高潜山地热类型，具有埋藏浅、温度高、储量大、水质优、易回灌的基本特征，尤其是牛驼镇凸起和容城凸起地热层的埋深均在lOOOm左右，而温度可达89℃左右，甚至更高。初步研究结果表明，牛驼镇凸起基岩热田、容城凸起基岩热田、雁翎（白庄子潜山）基岩热储、高阳基岩热储和上第三系砂、砾岩孔隙性地热资源均具有现实可动用的经济价值。1.牛驼镇凸起基岩热田。凸起面积395k㎡，经济型（埋深700-2000m）的395k㎡，亚经济型（埋深2000-3000m）的639k㎡。热储（元古界的蓟县系和长城系的碳酸盐岩）温度经济型的60-95℃、亚经济型的95-115℃。地热资源量（1018J）经济型的46.71、亚经济型92.41，合计139.12。地热水资源量（108m3）经济型的160.69、亚经济型的240.8，合计401.49。若按目前技术经济条件估算，该地区经济型和亚经济型的底限埋深还可加深500-lOOOm，其地热和热水的资源量远大于目前的测算量。并且，岩石中的热能具有可再生性，经科学规划和合理开发利用，该地区的地热资源将成为雄安新区重要的矿产资源之一。2.容城凸起基岩热田。经济型面积24lk㎡、亚经济型面积254k㎡。热储（碳酸盐岩）温度经济型的60℃上下、亚经济型的95℃上下。地热资源量（1018J）经济型的21.07、亚经济型的35.0，合计56.07。地热水资源量（108m3）经济型的95.65、亚经济型的90.77，合计186.42。龙源期刊网http://www.qikan.com.cn另外，在容城凸起的东西两侧还有大王镇潜山和黑龙村潜山等地热田，也有一些地热井目前已经开发利用。3.雁翎（白庄子潜山）基岩热储。雁翎（白庄子潜山）面积约130k㎡，潜山最高点深2700m，圈闭线深度4000米。潜山地层为中上元古界，潜山热储层为蓟县系雾迷山组碳酸盐岩，在潜山最高部位为油藏（雁翎古潜山油藏）。地热资源构造面积经济型的8.3k㎡、亚经济型的114.5k㎡。热储温度经济型的118-125℃，亚经济型的124-130℃。地热资源量（1018J）经济型的0.11，亚经济型的15.34，合计15.45。地热水资源量（108m3）经济型的0.21，亚经济型的34.06，合计34.27。4.高阳基岩热储。高阳潜山面积约1700k㎡，潜山最高点深2800m，圈闭线深度4000m。潜山热储层为中元古界雾迷山组，蓟县系碳酸盐岩地热资源量计算所取深度为3500m。其资源量为亚经济型，构造面积746.4k㎡，平均温度135.7℃，地热资源量（1018J）25.7，地热水资源量（108m3）50.2。该地热田中有个别井已开发利用，如高4井利用石油探井改造为地热井，主要用于羊毛洗涤与种植、养殖农业生产活动。高阳潜山热田温度多在120℃以上，待解决高温采水泵工具并完善高温采水工艺后，可规模化开发利用，是未来很有潜力的地热发电资源。5.新区上第三系砂、砾岩孔隙性地热资源。①新区东及南部上第三系地热资源。霸州南部及文安斜坡的地热田面积259lk㎡，上第三系地热资源量66.08（1018J），地热水资源量1986.0（108m3）。平均每平方千米地热资源量0.026（1018J/k㎡），地热水资源量0.766（108m3/k㎡）。按此平均数据测算，雄安新区东部及南部区域，上第三系地热资源量约为39.0（1018J），地热水资源量约为1149（108m3）。上第三系分布广泛，全区都有普遍存在，埋藏浅，水质好，成井和利用丁程造价低，有着很好的利用优势。②牛驼镇及容城凸起上第三系地热资源。牛驼镇凸起面积686k㎡，明化镇组砂岩孔隙型热储地热资源量19.93（1018J），热水资源量66204.9（108m3）。按雄安新区上第三系地热资源占牛驼镇凸起的30%计，其地热资源量约为5.98（1018J），地热水资源量约为19861.47（108m3）。容城凸起上第三系明化镇组地热资源量2.29（1018J），地热水资源量7624.1（108m3）。雄安新区两凸起上第三系明化镇组地热资源量8.27（1018J），地热水资源量27485.57（108m3），总矿化度虽然京津冀地区地热资源丰富，但自20世纪90年代到21世纪初，国家在地热资源勘查方面基本上没有，地热勘查开发是由各种所有制经济主体参与和推动，基础地热地质勘查工作薄弱。目前虽有一定程度的发展，但地热利用技术严重滞后，近20年来地热发电停滞不前，发电技术落后于世界先进国家。地热直接利用规模虽位居全球之首，但利用过程中也存在着资源利用效率低下等诸多问题，实现地热开发利用的中长期目标仍需借助政策之力。以上认识仅仅是现有资料基础上的初步研究成果，为了能够使地热高效经济开发，因此需对雄安新区及周边进行详细勘探，将先进的高精度WEFOX地下成像等地震技术应用于地热勘探，搞清优质高产地热储层分布规律，落实可采地热资源量，发现优质高温高产地热田，才能降低开采成本，实现高效经济开发。三、热气电并举、多能互补构建千年大计的绿色生态城市“”实现零碳清洁能源发展目标，雄安新区能源规划需要考虑能源多样化，满足来来城市快速发展的需要。雄安新区及周边地热资源资源丰富、分布广、潜力大，其地热平均利用率是73%左右，远高于太阳能20%、风能约30%的利用效率，是未来雄安新区能源的主要来源之一。龙源期刊网http://www.qikan.com.cn另外，雄安新区及周边天然气资源丰富，同时国内天然气需求量大、调峰压力也大，特别是京津冀地区冬季清洁取暖天然气调峰需求居全国之首。勘探研究结果表明，雄安新区及周边存在许多可用于建设储气库的废弃天然气田，可满足天然气储备和调峰需要。雄安地区应将储气库“”天然气与地热等其他资源互补，为城市提供电力、供暖（热）、冷，实现零碳智慧城市发展目标。储气库在调峰和保障供气方面对于未来城市的能源安全具有不可替代的作用。国际天然气联盟统计数据显示，目前世界上共有693座地下储气库，总丁作气量3588亿立方米，约占目前全球天然气消费量的11.3%。美国是世界上发展储气库最早的国家，拥有占世界总数81.4%的储气库。而中国天然气地下储气库建设处于发展初期，天然气储消比近1.7%，远低于世界20%左右的水平。我国调峰能力难以满足天然气需求高速增长的需要。环渤海地区已投运储气库4个，实际调峰能力仅为25.9亿立方米，形成的调峰能力无法满足调峰需求。而雄安新区及周边具有天然的地下储气库优越条件，华北地区几十年的勘探发现的很多小型气田将来均可以改建为地下储气库。这些小型气田估计可以容纳近9000亿立方米的天然气，但精确的数据还需要通过精细物探、地质详细勘查来落实废弃天然气田的储气能力，以降低储气库建设成本，满足雄安新区天然气的调峰需求。雄安新区及周边具有丰富的地热资源、天然气资源及太阳能、风能等，可充分利用这些清洁低碳能源替代传统煤炭发电、供暖（供热），以加快提高清洁能源比重，通过地下、地面绿色能源的互补并举，一定能很好地减轻京津冀地区雾霾天气，让天空永远蔚蓝起来。为此，提出几点建议。1.实施先地下后地面的4D空间超前规划，形成大数据互联网智慧城市地下与地面协同管理控制系统。当前我国城市地下空间规划、开发建设缺少统一管理，规划管理由城市规划部门负责，土地权属取得由国土部门负责，开工许可管理由城市建设部门负责，地下轨道交通由交通部门负责，人防工程由人防办负责等，难以统一监管协调，对地下空间规划、城市安全建设构成了很大制约。为此，雄安新区城市规划应系统地研究统筹地下空间和地面空间综合开发利用规划，形成跨专业多领域专家咨询、有关部门监管、规划部门负责、政府最终决策的城市规划体系。2.城市地质勘察地震先行，深化认识雄安地区地下地质构造，助力城市科学规划和安全建设。在雄安新区总体规划、城市规划中应切实引入地下空间概念、地下地面资源综合开发利用内容。规划过程中应严格按照先地下后地面的丁作优先顺序开展工作。3.技术先行，创新地热资源勘探评价技术体系，重新评价计算各热储区块的资源量，统筹规划、合理开发利用地热资源。4.对地热开发利用政策的针对性、强制性需要进一步加强，严格集中控制地热资源，分区管理，并尽快制定地热开发利用的技术标准规范。目前已有的政策扶持的对象主要是地热直接利用，且不够全面和系统，很多地方对如何促进地热发展还没有系统明确的规划。与风能、太“阳能发电相比，针对地热发电的财税扶持政策基本还是空白，这一点在《地热能开发利用十”三五规划》中有所表述。国家层面㈩台的各种法规更多的带有鼓励和指导性质，缺少强制性与执行力。缺乏像地热发达国家那样的强制性措施，国内的地热开发利用无法形成连续稳定的龙源期刊网http://www.qikan.com.cn市场需求，地热的发展就会缺少持续的市场拉动，难以形成符合市场经济要求、容强制性与激励性相结合的发展机制。5.加快完善采注用的基础设施并进行实时互联网监控，制定相关的监管条例。对已出台的一些政策执行力还有待进一步检验。虽然目前部分地方政府出台的地热利用扶持政策收到一定的效果，但是存在的问题也比较突出。6.雄安新区及周边分布的牛东、雁翎、高家堡、固安等多个气田、地热田与油田并存共生，可考虑充分利用废弃油气井开发地热资源，降低地热开发建设成本。7.加大废弃的气田综合利用，降低储气库建设成本，在低油价下加大战略储气力度，满足城市天然气调峰和应急需求。“”雄安新区的建设是千年大计，如何构建零碳绿色安全现代化智慧城市，新区规划至关重要。从地球物理地质专业角度出发，通过地下、地面科学统筹规划，从地下的地热、天然气到地面的风、光、水电等多能互补的供应出发，建设地下到地面的协同能源系统，对雄安新区快速可持续发展具有重要的现实意义和长期性、战略性作用。龙源期刊网http://www.qikan.com.cn龙源期刊网http://www.qikan.com.cn',)