文 | 周博?！∽髡吖┞氂谥袊娏ㄔO(shè)股份有限公司
地熱能是一種綠色低碳、可循環(huán)利用的可再生能源，具有儲量大、分布廣、清潔環(huán)保、穩(wěn)定可靠等特點。我國地熱資源豐富，市場潛力巨大，發(fā)展前景廣闊。開發(fā)利用地熱能不僅對調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、節(jié)能減排、改善環(huán)境具有重要意義，而且對培育新興產(chǎn)業(yè)、促進新型城鎮(zhèn)化建設(shè)、增加就業(yè)均具有顯著的拉動效應(yīng)。地熱能通常分為淺層地熱能、水熱型地熱能、干熱巖型地熱能。
資源情況
淺層地熱能。中國地熱能發(fā)展報告顯示，中國大陸336個主要城市淺層地熱能年可采資源量折合7億噸標準煤，可實現(xiàn)供暖(制冷)建筑面積320億平方米，其中黃淮海平原和長江中下游平原地區(qū)最適宜淺層地熱能開發(fā)利用。
水熱型地熱資源。我國水熱型地熱資源總量折合標準煤1.25萬億t，中國大陸水熱型地熱能年可采資源量折合18.65 億噸標準煤(回灌情景下)。我國水熱型地熱資源以中低溫為主，高溫為輔。受構(gòu)造、巖漿活動、地層巖性、水文地質(zhì)條件等因素的控制，水熱型地熱資源分布有明顯的規(guī)律性和地帶性，依據(jù)構(gòu)造成因可分為沉積盆地型和隆起山地型地熱資源。
隆起山地型中低溫地熱資源。主要分布于東南沿海、膠東、遼東半島等山地丘陵地區(qū)。隆起山地型高溫地熱資源主要分布在我國臺灣和藏南、滇西、川西等地區(qū)。由于我國地處環(huán)太平洋板塊地熱帶的西太平洋島弧型板緣地熱帶以及地中海-喜馬拉雅陸-陸碰撞型板緣地熱帶的交匯部位，受構(gòu)造活動的控制，該區(qū)域孕育有大量的水熱活動，是我國最主要的高溫溫泉密集帶。西南地區(qū)水熱型地熱資源年可采量折合標準煤1530萬t，高溫地熱資源發(fā)電潛力712萬kW。
干熱巖資源。干熱巖在地球內(nèi)部普遍存在，但有開發(fā)潛力的干熱巖資源分布在新火山活動區(qū)、地殼較薄地區(qū)等板塊或構(gòu)造體邊緣。我國陸區(qū)地下3～10km 范圍內(nèi)干熱巖資源量折合標準煤856萬億t。根據(jù)國際干熱巖標準，以其2%作為可開采資源量計，約為2015年全國能源總消耗量的4000倍。鑒于干熱巖型地熱能勘查開發(fā)難度和技術(shù)發(fā)展趨勢，埋深在5500米以淺的干熱巖型地熱能將是未來15~30年中國地熱能勘查開發(fā)研究的重點領(lǐng)域。
開發(fā)現(xiàn)狀
淺層地熱能開發(fā)情況
中國淺層地熱能利用起步于20世紀末，伴隨綠色奧運、節(jié)能減排和應(yīng)對氣候變化行動，淺層地熱能利用進入快速發(fā)展階段，2015年起淺層地熱能利用規(guī)模開始居世界第一。“十三五”期間，我國建設(shè)了一批重大的淺層地熱能開發(fā)利用項目，淺層地熱能技術(shù)的成熟性和可靠性得到驗證和認可。
北京世界園藝博覽會采用深層地熱+淺層地熱+水蓄能+鍋爐調(diào)峰方式，為29萬平方米建筑提供供熱制冷服務(wù);北京城市副中心辦公區(qū)利用地源熱泵+深層地熱+水蓄能+輔助冷熱源，通過熱泵技術(shù)，率先創(chuàng)建“近零碳排放區(qū)”示范工程，為237萬平方米建筑群提供夏季制冷、冬季供暖以及生活熱水;北京大興國際機場地源熱泵系統(tǒng)作為“綠色機場”的重要組成部分，為大興機場257萬平方米建筑提供冷、熱能源等。
截止2019年底，全國淺層地熱能開發(fā)利用規(guī)模為8.4億平方米，主要分布在北京、天津、河北、遼寧、山東、湖北、江蘇、上海等省市的城區(qū)。
地熱直接利用的年利用能量世界第一，占世界的29.7%;地熱直接利用的設(shè)備容量世界第一，占世界的25.4%;地源熱泵年利用淺層地熱能量世界第一，占世界的30.9%;地熱供暖年利用量世界第一，占世界的38.2%。水熱型地熱能開發(fā)情況。
水熱型地熱能開發(fā)情況
水熱型地熱能利用是中國地熱產(chǎn)業(yè)主力軍。我國開發(fā)利用水熱型地熱供暖已有上千年的歷史，改革開放后尤其是近年來，水熱型地熱供暖的開發(fā)利用在規(guī)模、深度和廣度上都有很大發(fā)展。近10年來，中國水熱型地熱能直接利用以年均10%的速度增長，已連續(xù)多年位居世界首位。中國地熱能直接利用以供暖為主，其次為康養(yǎng)、種養(yǎng)殖等。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2017年底，全國水熱型地熱能供暖建筑面積超過1.5億平方米，其中山東、河北、河南增長較快。
中國地熱能發(fā)電始于20世紀70年代，1970年12月第1臺中低溫地熱能發(fā)電機組在廣東省豐順縣鄧屋發(fā)電成功。目前，我國地熱發(fā)電已建總裝機容量53.45MW，目前運行容量46.46MW，已停運容量5.79MW，已拆除容量1.2MW。
干熱巖型地熱能資源勘查開發(fā)情況
干熱巖型地熱能是未來地熱能發(fā)展的重要領(lǐng)域。美國、德國、法國、日本等國經(jīng)過20—40年不等的探索研究，在干熱巖型地熱能勘查評價、熱儲改造和發(fā)電試驗等方面取得了重要進展，積累了一定經(jīng)驗。相比而言中國起步較晚，2012年科技部設(shè)立國家高新技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)，開啟了中國關(guān)于干熱巖的專項研究。2013年以來中國地質(zhì)調(diào)查局與青海省聯(lián)合推進青海重點地區(qū)干熱巖型地熱能勘查，2017年在青海共和盆地3705米深處鉆獲236℃的干熱巖體，是中國在沉積盆地區(qū)首次發(fā)現(xiàn)高溫干熱巖型地熱能資源。
開發(fā)利用方式
地熱資源的開發(fā)利用可分為發(fā)電和直接利用兩個方面。高溫地熱資源主要用于發(fā)電;中溫和低溫地熱資源則以直接利用為主;對于25℃以下的淺層地熱能，可利用地源熱泵進行供暖和制冷。
淺層地熱能供暖制冷。2015年起淺層地熱年利用率總量列世界第一。2017年地源熱泵裝機容量達2萬MW，年利用淺層地熱能這和標準煤1900萬t。我國淺層地熱能利用發(fā)展速度快、應(yīng)用面積大、各地區(qū)利用發(fā)展程度不同，覆蓋面廣，系統(tǒng)類型多樣。
中低溫地熱直接利用。我國中低溫地熱直接利用主要在地熱供暖、醫(yī)療保健、溫泉、洗浴和旅游度假、養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)溫室種植和灌溉、工業(yè)生產(chǎn)、礦泉水生產(chǎn)等方面，并逐步開發(fā)了地熱資源梯級利用技術(shù)、地下含水層儲能技術(shù)等。
開發(fā)利用60～100℃的中低溫地熱水、熱尾水和淺層地熱能。一些有溫泉出露的地區(qū)，尤其是北方，都在不同程度上利用地熱采暖，已取得良好效果。天津利用地熱進行區(qū)域供暖已成為我國的典范，正在帶動著北方地熱區(qū)域供熱的發(fā)展。利用地熱水供暖，以其清潔、對大氣污染極小、運行成本低、資源綜合利用收益高等優(yōu)點，再加上熱泵技術(shù)，在常規(guī)能源比較短缺有條件開發(fā)地熱資源的地區(qū)，受到了普遍重視，并收到了明顯經(jīng)濟社會效益，其發(fā)展前景廣泛。
地熱流體中具有較高的溫度、含有特殊的化學成分與氣體成分、少量生物活性離子及放射性物質(zhì)等，對人體各系統(tǒng)器官功能調(diào)節(jié)具有明顯的醫(yī)療和保健作用。在各溫泉療養(yǎng)院中，利用地熱可以進行水療、氣療和泥療等。隨著經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平提高，全國相繼在許多地區(qū)建立了一批集醫(yī)療、洗浴、保健、娛樂、旅游度假于一體的“溫泉度假村”或“醫(yī)療康復(fù)中心”。
洗浴和旅游度假。利用地熱水進行洗浴，幾乎遍及全國各省(區(qū)、市)。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國已建溫泉地熱水療養(yǎng)院200余處，突出醫(yī)療利用的溫泉浴療有430處。我國許多溫泉區(qū)既是療養(yǎng)地，又是旅游觀光區(qū)，我國藏南、滇西、川西及臺灣一些高溫溫泉和沸泉區(qū)，不僅擁有高能位地熱資源，同時還擁有絢麗多彩的地熱景觀，為世人所矚目。如云南省騰沖是我國大陸唯一的一處保存完好的火山溫泉區(qū)，擁有罕見的火山、地熱景觀及珍貴的醫(yī)療礦泉水價值;臺灣省的大屯火山溫泉區(qū)也是溫泉療養(yǎng)和旅游觀光勝地。
養(yǎng)殖。北京、天津、福建、廣東等地起步較早，現(xiàn)已遍及20多個省(區(qū)、市)的47個地熱田。主要養(yǎng)殖羅非魚、鰻魚、甲魚、青蝦、牛蛙、觀賞魚等以及魚苗越冬。由于各地溫泉養(yǎng)殖業(yè)迅速發(fā)展，新鮮魚類暢銷海內(nèi)外，取得顯著經(jīng)濟效益。此外，還有地熱孵化禽類、地熱烘干蔬菜、地熱水加溫沼氣池與牲畜洗浴池等，也取得良好效果。
農(nóng)業(yè)溫室種植和灌溉。地熱是一種復(fù)合型資源，非常適合生物的反季節(jié)、異地養(yǎng)殖與種植。利用地熱能可以為溫室供暖，利用地熱水可以進行溫帶水生物的養(yǎng)殖，地熱水中的礦物質(zhì)還可以為生物提供所需的養(yǎng)分。在我國北方，地熱主要用于種植較高檔的瓜果類、菜類、食用菌、花卉等，在南方，主要用于育秧。
工業(yè)生產(chǎn)。目前主要用于紡織印染、洗滌、制革、造紙與木材、糧食烘干等，其中溫泉區(qū)地下熱水在紡織工業(yè)及化工工業(yè)方面均獲得較好的利用和效益。同時，部分地熱水還可提取工業(yè)原料，如騰沖熱海硫磺塘采用淘洗法取硫磺，洱源縣九臺溫泉區(qū)挖取芒硝和自然硫，臺灣自明清以來就已經(jīng)在大屯火山溫泉區(qū)開采自然硫等。
高溫地熱發(fā)電。地熱發(fā)電方面，20世紀70年代初，我國在江西、廣東等地開發(fā)中低溫地熱能，建設(shè)了一批地熱示范電站。1977年，我國開始開發(fā)中高溫地熱能，并在西藏羊八井建設(shè)了第一個中高溫地熱發(fā)電示范電站。此后羊八井地熱電站歷時14年建成7臺3MW機組和1臺3.18引進機組，持續(xù)運行至2020年。2018年9月，羊易地熱電站16MW雙工質(zhì)地熱發(fā)電引進機組首次并網(wǎng)，于2019年正常運行，成為截至目前我國單機功率最大的地熱發(fā)電機組。
雖然我國高溫地熱發(fā)電規(guī)模落后于世界，但高溫地熱發(fā)電的地面設(shè)備技術(shù)還是一直跟隨的，其主要由于一些鋼廠、化工廠等高溫余熱資源需要加以利用，所以從余熱發(fā)電角度一直在發(fā)展。
高溫地熱發(fā)電根據(jù)地面發(fā)電設(shè)備原理不同，一般分為單極閃蒸地熱發(fā)電技術(shù)、兩極閃蒸地熱發(fā)電技術(shù)、雙工質(zhì)發(fā)電技術(shù)、全流發(fā)電技術(shù)(即螺桿膨脹動力機技術(shù))幾大類，目前雙工質(zhì)發(fā)電技術(shù)應(yīng)用最多。高溫地熱發(fā)電技術(shù)中地面發(fā)電設(shè)備技術(shù)有多種解決方案，技術(shù)相對成熟，其最難的技術(shù)屬于高溫地熱資源勘查技術(shù)，如何勘查到高溫地熱資源，如何將地下的高溫地熱資源提出地表是較難的技術(shù)。若能夠從地下提取出高溫地熱流體，高溫地熱發(fā)電很相對容易實現(xiàn)。
“地熱能+”多能互補。以“多能互補、智能耦合”為特色的“地熱﹢”綠色風暴正在各地悄悄形成。“地熱能+”多種清潔能源互補供熱技術(shù)，創(chuàng)新設(shè)計了地熱梯級利用工藝，地熱高溫部分進行發(fā)電，低溫部分進行供熱，提高地熱利用率。在京津冀和東南沿海地區(qū)初步建立發(fā)電、供暖二級地熱能梯級開發(fā)利用示范基地。
“地熱能+”的出發(fā)點和著力點就是以地熱資源稟賦和分布特征為基礎(chǔ)，因地制宜，加強地熱與其他可再生能源的互補綜合利用，以實現(xiàn)較高的能源使用效率。大力發(fā)展“地熱能+”，是未來新能源和可再生能源的一個發(fā)展方向。
存在問題
當前，我國對地熱資源開發(fā)利用重視程度低，勘查投入不足造成我國資源數(shù)據(jù)基礎(chǔ)較差，我國現(xiàn)有的資源分布數(shù)據(jù)缺乏。截至目前，還沒有單位對我國地熱資源進行全面系統(tǒng)的勘查，無法精細評價我國地熱資源的分布，這大大影響著我國地熱產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展。
在成井質(zhì)量、管材腐蝕結(jié)垢等淺層地熱開發(fā)問題，以及高溫地熱井成本、低效率的問題，仍制約著地熱規(guī)?；l(fā)展。
另一方面，我國地熱能產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期扶持政策不充分，目前，中央和地方政府出臺了一些財政和價格鼓勵政策，對加快淺層地熱能開發(fā)利用及促進北方地區(qū)清潔供暖具有積極引導(dǎo)作用，但政策不完善、執(zhí)行不到位、不充分。價格優(yōu)惠力度不足，地熱開發(fā)利用政策的針對性、強制性不強，需要政府的有效引導(dǎo)和激勵政策支持。
相關(guān)建議
開展地熱能發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)和成套裝備研發(fā)
開展中低溫發(fā)電技術(shù)和經(jīng)濟可行性研究。150℃及以下溫度下開發(fā)地熱資源發(fā)電的技術(shù)和經(jīng)濟可行性方面的機遇和挑戰(zhàn);開展可快速膨脹/壓縮的低成本、高效的中低溫地熱發(fā)電的新型工質(zhì)熱交換流體等。攻關(guān)干熱巖地熱能發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)和成套裝備;地熱能發(fā)電與其他可再生能源一體化發(fā)展技術(shù)等，為今后地熱能發(fā)電的規(guī)?；l(fā)展奠定技術(shù)儲備。
開展干熱巖高效開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究
由于干熱巖具有強度大、溫度高等特性，高效安全成井已成為干熱巖高效開發(fā)的技術(shù)瓶頸，亟待攻關(guān)。在研究干熱巖地質(zhì)特征和資源稟賦的基礎(chǔ)上，結(jié)合干熱巖的開發(fā)技術(shù)特點，解決深層、高溫、硬質(zhì)和易失穩(wěn)地層的鉆井問題。
開展單井抽回灌兩用系統(tǒng)研究
針對增強單井取熱能力的措施和新型單井結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，開展同井采注、分支井增加換熱面積、大尺寸井眼換熱、激發(fā)井下擾流強化對流換熱等，多措施下提高換熱效率的研究工作。
開展降低成本提高鉆效的地熱鉆井工程技術(shù)研究
開展地熱深井硬巖中開展氣動和液動潛孔錘鉆井技術(shù)研究，包括鉆機、鉆頭和沖擊器等與巖石的適應(yīng)和匹配性;風量、風壓、鉆井液泵量、鉆壓等參數(shù)與鉆速、地下水出水量以及井壁的相關(guān)性;井壁穩(wěn)定等相關(guān)技術(shù)研究。
開展保護儲層的鉆井和完井工程技術(shù)研究
開展儲層保護的鉆井技術(shù)研究，特別是欠平衡(近平衡)鉆井技術(shù);提高井筒與儲層接觸面積的鉆完井技術(shù)，包括：定向鉆井技術(shù)、洗井技術(shù)和工藝、完井技術(shù)，包括射井、壓裂、爆破等。
地熱能作為蘊藏在地球內(nèi)部的可再生能源，儲量豐富、分布較廣，有著穩(wěn)定可靠等優(yōu)勢。國家能源局印發(fā)的《關(guān)于促進地熱能開發(fā)利用的若干意見》中提出，到2025年，各地基本建立起完善規(guī)范的地熱能開發(fā)利用管理流程，全國地熱能開發(fā)利用信息統(tǒng)計和監(jiān)測體系基本完善，地熱能供暖(制冷)面積比2020年增加50%，在資源條件好的地區(qū)建設(shè)一批地熱能發(fā)電示范項目，全國地熱能發(fā)電裝機容量比2020年翻一番;到2035年，地熱能供暖(制冷)面積及地熱能發(fā)電裝機容量力爭比2025年翻一番。
大力推動清潔高效、節(jié)水環(huán)保的地熱能因地制宜、有序開發(fā)和綜合利用，對于促進能源清潔低碳發(fā)展、推動碳達峰、碳中和目標實現(xiàn)，具有重要意義。
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