地熱是一種可再生能源，具有資源量大、能源利用效率高、節能減排效果好等諸多優點，在能源變革背景下具有獨特的“先發優勢”。

 

我國地熱能的現代利用（發電）起源于上世紀70年代。受資源分布、市場需求和經濟效益制約，中國地熱產業的發展逐漸由發電向直接利用轉變，探索形成了以地熱供暖（制冷）為主的發展路徑，帶動中國地熱直接利用多年穩居世界第一，為國際地熱發展提供了新思路。

 

當前，在“雙碳”目標引領下，我國地熱能利用正進入新一輪快速發展期。

 

地熱資源開發利用潛力巨大

 

我國地熱資源豐富，資源量約占全球地熱資源的六分之一，開發利用潛力巨大。地熱開發利用主要分為直接利用和地熱發電兩個方面，其中直接利用指溫泉、供暖制冷和農業養殖等非發電端的利用。

 

地熱資源按照埋藏深度分為淺層、中深層、干熱巖地熱能。淺層地熱能資源在我國非常豐富，按照資源品質分為適宜區、較適宜區、較不適宜區和不適宜區四大類，其中資源利用條件較好的適宜區主要分布在我國東北地區南部、華北地區、江淮流域和四川盆地，主要用于建筑物供暖和制冷。根據中國地質調查局的評價結果，全國336個地級以上城市淺層地熱能年開可采量折合7億噸標準煤，可實現建筑物320億平方米的供暖、制冷。在農村地區雖然尚未開展此方面系統評價，但預計資源可觀。

 

我國中深層（水熱型）地熱資源折合標準煤1.25萬億噸，每年可開采量折合標準煤18.65億噸。其中，高溫水熱型地熱資源集中分布于青藏高原及其周邊地區，主要用于發電；東部地區目前正在開展深層高溫地熱勘探，無論是發電或直接利用可能都會有非常好的前景。中低溫水熱型地熱資源廣泛分布于中東部，包括華北、松遼等平原，以及東南沿海、膠遼等山地丘陵地區。這些地區人口密集、用熱需求旺盛，更適宜地熱能直接利用。

 

干熱巖一般指溫度大于180℃，埋在地下數千米處，內部不含或僅含少量流體的高溫巖石。中國地質調查局的數據顯示，中國陸區地下3—10千米范圍內干熱巖型地熱資源量折合標準煤856萬億噸。

 

對于干熱巖型地熱資源，在目前技術經濟條件下，青藏高原、東南沿海、松遼平原和華北平原被視為潛力區。近年來，我國在青海共和、河北唐山馬頭營、海南海口等地區開展了鉆探、壓裂和試驗性發電工作，取得了較好的進展。近日，中國石化在海南島部署了我國最新一口干熱巖科學探井福深熱1井。該井鉆探設計井深5000米，是中國目前最深的地熱探井，正處于鉆井過程中。

 

地熱能直接利用規模居世界第一

 

近年來，我國地熱能直接利用規模呈現加速增長的趨勢，2020年底總裝機容量達到40.61吉瓦，直接利用規模位居世界第一。其中，淺層地熱能利用折合裝機容量26.45吉瓦，占比65%，主要以地源、水源熱泵方式用于建筑物供暖或制冷使用。中深層地熱能利用折合裝機容量14.16吉瓦，占比35%，地熱供暖是其主要利用方式。

 

技術進步是推動我國地熱產業快速發展的主要原因。表現之一是，淺層地熱能利用技術不斷完善，實現了大型商業體規模化利用。本世紀以來，淺層地熱供暖 （制冷）核心設備——熱泵類型從活塞式熱泵向螺桿式、離心式熱泵發展，能效比不斷提高。對于熱（冷）源的利用方式也拓展至地表水（江河湖水、海水、城市污水）、地下水、土壤、巖體等，從單一的制冷、供暖向冷暖雙供模式轉變，淺層地熱能利用已經遍及各個氣候區。

 

截至目前，我國淺層地熱供暖（制冷）的面積已達到8.1億平方米，主要應用于東部平原地區，以環渤海地區發展最好，其次為長江中下游平原。

 

北京大興國際機場是我國目前最大的地源熱泵系統工程，利用“淺層地熱能+多能融合”的方式為257萬平方米建筑提供供暖和制冷服務，年節約標準煤7.1萬噸，年減排二氧化碳17.7萬噸以上。

 

此外，中深層地熱勘探開發利用技術體系已初步形成，促進了供暖規模快速增加。針對我國地熱資源成因復雜、開發工程難度大等問題，科研人員通過持續攻關，在地熱系統形成機制、熱儲傳熱機理等兩個基礎理論方面取得實際進展，形成了地熱資源選區評價技術等四項非常有中國特色的核心技術。這些技術上的進步使得中深層供暖面積快速增長，供暖面積達到5.82億平方米，年節約標準煤1102萬噸，減排二氧化碳2743.98萬噸，在北方清潔供暖和大氣污染防治中發揮了重要作用。河北、河南、 山東、天津、陜西、山西等省份成為水熱型地熱供暖的主要區域，占全國70%以上。

 

2009年開始，在河北各級政府的支持下，中國石化在河北雄縣通過對河北雄縣地熱資源、地面用能需求開展系統評價的基礎上，協助政府編制了雄縣12.1平方公里地熱開發利用專項規劃，對雄縣地熱資源實施整體開發。目前項目已在雄縣建成供暖能力560萬平方米，實現城區95%以上的建筑采用地熱供暖。項目運行14年以來，地熱水水位、溫度保持穩定，實現了可持續的開發。2021年，雄安地熱項目被聯合國列入國際可再生能源機構全球推廣項目名錄。

 

同時，我們還積極探索地熱發電商業模式。高溫地熱發電目前已實現了商業化運行。作為中國最大的兩個地熱電站，西藏羊八井和羊易均已并入電網。羊八井地熱電站于1977年試驗發電成功，累計建成26兆瓦。羊易地熱電站于2011年試驗運行，2018年并入電網，規模達16兆瓦。2018年1月，云南瑞麗1.2兆瓦的地熱發電試驗成功，同年10月河北獻縣實現地熱發電和供暖的梯級利用。

 

應做好三方面工作

 

國家高度重視地熱能產業的發展。

 

2022年1月，習近平總書記在中共中央政治局第三十六次集體學習時強調，要加快發展有規模有效益的風能、太陽能、生物質能、地熱能、海洋能、氫能等新能源，統籌水電開發和生態保護，積極安全有序發展核電。

 

2022年6月，國家發展改革委等九部委聯合發布了《可再生能源“十四五”規劃》，提出積極推動地熱能規模化開發。積極推進中深層地熱能供暖制冷；全面推進淺層地熱能開發；有序推動地熱能發電發展。

 

此前，國家發展改革委、國家能源局等八部委發布《關于促進地熱能開發利用的若干意見》，提出到2025年全國地熱能供暖（制冷）面積比2020年增加50%，在資源條件好的地區建設一批地熱能發電示范項目，全國地熱能發電裝機容量比2020年翻一番，為中國地熱能發展描繪了宏偉藍圖。

 

要實現上述目標需要做好三方面工作。

 

首先要進一步加大資源勘查力度，摸清資源家底。為此，建議加大地熱基礎性、公益性勘查投入，引入商業性地熱勘察，調動社會各界加大地熱資源勘查投入積極性，建立地熱勘查資料共享制度。

 

其次，要強化基礎研究，攻克關鍵技術。要向資源品質更高、應用范圍更廣的深層地熱領域進軍，超前布局干熱巖理論研究及工程技術攻關，突破勘探開發利用瓶頸。要進一步推進“地熱+油田余熱”“地熱+風光+氫能”“地熱+儲能”等多方式的多能耦合利用模式，構建以地熱為基礎的智慧能源系統。

 

第三，地熱產業的發展要積極融入城鄉規劃，推動產業協同發展。具體實踐中，要與城鄉基礎設施規劃、礦產資源規劃、生態環境保護、地下水利用與保護規劃等相關專項規劃做好銜接，結合各地地熱品質和用能需求，從供暖/制冷、發電、工農業綜合利用、旅游康養、儲能等多方面入手統籌整體方案，促進地熱產業規模化、效益化發展。

 

（作者系中國工程院院士、國家地熱能中心技術委員會主任，《中國科學報》記者計紅梅據其在2023年世界地熱大會上的報告整理）