郭旭升院士：“双碳”目标引领地热产业发展

地热是一种可再生能源，具有资源量大、能源利用效率高、节能减排效果好等诸多优点，在能源变革背景下具有独特的“先发优势”。

 

我国地热能的现代利用（发电）起源于上世纪70年代。受资源分布、市场需求和经济效益制约，中国地热产业的发展逐渐由发电向直接利用转变，探索形成了以地热供暖（制冷）为主的发展路径，带动中国地热直接利用多年稳居世界第一，为国际地热发展提供了新思路。

 

当前，在“双碳”目标引领下，我国地热能利用正进入新一轮快速发展期。

 

地热资源开发利用潜力巨大

 

我国地热资源丰富，资源量约占全球地热资源的六分之一，开发利用潜力巨大。地热开发利用主要分为直接利用和地热发电两个方面，其中直接利用指温泉、供暖制冷和农业养殖等非发电端的利用。

 

地热资源按照埋藏深度分为浅层、中深层、干热岩地热能。浅层地热能资源在我国非常丰富，按照资源品质分为适宜区、较适宜区、较不适宜区和不适宜区四大类，其中资源利用条件较好的适宜区主要分布在我国东北地区南部、华北地区、江淮流域和四川盆地，主要用于建筑物供暖和制冷。根据中国地质调查局的评价结果，全国336个地级以上城市浅层地热能年开可采量折合7亿吨标准煤，可实现建筑物320亿平方米的供暖、制冷。在农村地区虽然尚未开展此方面系统评价，但预计资源可观。

 

我国中深层（水热型）地热资源折合标准煤1.25万亿吨，每年可开采量折合标准煤18.65亿吨。其中，高温水热型地热资源集中分布于青藏高原及其周边地区，主要用于发电；东部地区目前正在开展深层高温地热勘探，无论是发电或直接利用可能都会有非常好的前景。中低温水热型地热资源广泛分布于中东部，包括华北、松辽等平原，以及东南沿海、胶辽等山地丘陵地区。这些地区人口密集、用热需求旺盛，更适宜地热能直接利用。

 

干热岩一般指温度大于180℃，埋在地下数千米处，内部不含或仅含少量流体的高温岩石。中国地质调查局的数据显示，中国陆区地下3—10千米范围内干热岩型地热资源量折合标准煤856万亿吨。

 

对于干热岩型地热资源，在目前技术经济条件下，青藏高原、东南沿海、松辽平原和华北平原被视为潜力区。近年来，我国在青海共和、河北唐山马头营、海南海口等地区开展了钻探、压裂和试验性发电工作，取得了较好的进展。近日，中国石化在海南岛部署了我国最新一口干热岩科学探井福深热1井。该井钻探设计井深5000米，是中国目前最深的地热探井，正处于钻井过程中。

 

地热能直接利用规模居世界第一

 

近年来，我国地热能直接利用规模呈现加速增长的趋势，2020年底总装机容量达到40.61吉瓦，直接利用规模位居世界第一。其中，浅层地热能利用折合装机容量26.45吉瓦，占比65%，主要以地源、水源热泵方式用于建筑物供暖或制冷使用。中深层地热能利用折合装机容量14.16吉瓦，占比35%，地热供暖是其主要利用方式。

 

技术进步是推动我国地热产业快速发展的主要原因。表现之一是，浅层地热能利用技术不断完善，实现了大型商业体规模化利用。本世纪以来，浅层地热供暖 （制冷）核心设备——热泵类型从活塞式热泵向螺杆式、离心式热泵发展，能效比不断提高。对于热（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、岩体等，从单一的制冷、供暖向冷暖双供模式转变，浅层地热能利用已经遍及各个气候区。

 

截至目前，我国浅层地热供暖（制冷）的面积已达到8.1亿平方米，主要应用于东部平原地区，以环渤海地区发展最好，其次为长江中下游平原。

 

北京大兴国际机场是我国目前最大的地源热泵系统工程，利用“浅层地热能+多能融合”的方式为257万平方米建筑提供供暖和制冷服务，年节约标准煤7.1万吨，年减排二氧化碳17.7万吨以上。

 

此外，中深层地热勘探开发利用技术体系已初步形成，促进了供暖规模快速增加。针对我国地热资源成因复杂、开发工程难度大等问题，科研人员通过持续攻关，在地热系统形成机制、热储传热机理等两个基础理论方面取得实际进展，形成了地热资源选区评价技术等四项非常有中国特色的核心技术。这些技术上的进步使得中深层供暖面积快速增长，供暖面积达到5.82亿平方米，年节约标准煤1102万吨，减排二氧化碳2743.98万吨，在北方清洁供暖和大气污染防治中发挥了重要作用。河北、河南、 山东、天津、陕西、山西等省份成为水热型地热供暖的主要区域，占全国70%以上。

 

2009年开始，在河北各级政府的支持下，中国石化在河北雄县通过对河北雄县地热资源、地面用能需求开展系统评价的基础上，协助政府编制了雄县12.1平方公里地热开发利用专项规划，对雄县地热资源实施整体开发。目前项目已在雄县建成供暖能力560万平方米，实现城区95%以上的建筑采用地热供暖。项目运行14年以来，地热水水位、温度保持稳定，实现了可持续的开发。2021年，雄安地热项目被联合国列入国际可再生能源机构全球推广项目名录。

 

同时，我们还积极探索地热发电商业模式。高温地热发电目前已实现了商业化运行。作为中国最大的两个地热电站，西藏羊八井和羊易均已并入电网。羊八井地热电站于1977年试验发电成功，累计建成26兆瓦。羊易地热电站于2011年试验运行，2018年并入电网，规模达16兆瓦。2018年1月，云南瑞丽1.2兆瓦的地热发电试验成功，同年10月河北献县实现地热发电和供暖的梯级利用。

 

应做好三方面工作

 

国家高度重视地热能产业的发展。

 

2022年1月，习近平总书记在中共中央政治局第三十六次集体学习时强调，要加快发展有规模有效益的风能、太阳能、生物质能、地热能、海洋能、氢能等新能源，统筹水电开发和生态保护，积极安全有序发展核电。

 

2022年6月，国家发展改革委等九部委联合发布了《可再生能源“十四五”规划》，提出积极推动地热能规模化开发。积极推进中深层地热能供暖制冷；全面推进浅层地热能开发；有序推动地热能发电发展。

 

此前，国家发展改革委、国家能源局等八部委发布《关于促进地热能开发利用的若干意见》，提出到2025年全国地热能供暖（制冷）面积比2020年增加50%，在资源条件好的地区建设一批地热能发电示范项目，全国地热能发电装机容量比2020年翻一番，为中国地热能发展描绘了宏伟蓝图。

 

要实现上述目标需要做好三方面工作。

 

首先要进一步加大资源勘查力度，摸清资源家底。为此，建议加大地热基础性、公益性勘查投入，引入商业性地热勘察，调动社会各界加大地热资源勘查投入积极性，建立地热勘查资料共享制度。

 

其次，要强化基础研究，攻克关键技术。要向资源品质更高、应用范围更广的深层地热领域进军，超前布局干热岩理论研究及工程技术攻关，突破勘探开发利用瓶颈。要进一步推进“地热+油田余热”“地热+风光+氢能”“地热+储能”等多方式的多能耦合利用模式，构建以地热为基础的智慧能源系统。

 

第三，地热产业的发展要积极融入城乡规划，推动产业协同发展。具体实践中，要与城乡基础设施规划、矿产资源规划、生态环境保护、地下水利用与保护规划等相关专项规划做好衔接，结合各地地热品质和用能需求，从供暖/制冷、发电、工农业综合利用、旅游康养、储能等多方面入手统筹整体方案，促进地热产业规模化、效益化发展。

 

（作者系中国工程院院士、国家地热能中心技术委员会主任，《中国科学报》记者计红梅据其在2023年世界地热大会上的报告整理）