'我國地熱能潛力巨大 乾熱巖開發任重道遠'

作者：李靖恆

8月19日，第十一屆中國國際地源熱泵行業高層論壇在京舉辦，會議吸引了地熱相關領域的專家、領導及100餘家企業參加。大會圍繞地源熱泵戰略規劃與政策標準、技術應用及設計等議題進行了深入探討交流。

與會者認為，目前，中國地熱能產業體系初步形成。淺層地熱能利用快速發展，水熱型地熱能利用持續增長，乾熱巖型地熱能資源勘查開發開始起步。國發能研院、綠能智庫認為，未來乾熱巖的開發具有極大的潛力，但是也面臨技術、成本等諸多挑戰；同時，開發地熱能源應該注重與其他新能源的互補，尤其是地熱和太陽能的深度互補。

中國地熱開發的現狀和未來規劃

中國地源熱泵產業從向歐美學習開始，僅用20多年時間就進入到快速發展的階段，主要得益於三方面的原因，一是地源熱泵技術更加重視環境保護，適應當前經濟社會發展的新趨勢，二是政府對地源熱泵產業發展提供了政策支持，三是聯盟凝聚行業力量，形成合力促進了應用推廣。

我國目前地源熱泵的從業企業已從最初的寥寥數家增加到數千家，應用地域已從北京、瀋陽等試點城市擴大到天津、河北、遼寧、江蘇、上海等眾多地區或城市。從裝機容量看，全國地源熱泵的裝機容量已從1995年的0.8兆瓦上升到2017年的2萬兆瓦，增長2.5萬倍;從裝機容量佔全球總量的比重看，已從1995年的0.04%上升到2015年的23.61%。有關部門和專家預測，到2020年，這一比例將進一步上升到50%左右。

2017年1月，國家發改委、國家能源局、國土資源部發布了《地熱能開發利用“十三五”規劃》，以促進地熱能產業持續健康發展。《規劃》指出，“十三五”時期，新增地熱能供暖（製冷）面積11億平方米；新增地熱發電裝機容量500MW。到2020年，地熱供暖（製冷）面積累計達到16億平方米，地熱發電裝機容量約530MW。2020年，地熱能年利用量7000萬噸標準煤，地熱能供暖年利用量4000萬噸標準煤。京津冀地區地熱能年利用量達到約2000萬噸標準煤。

我國地熱發電開發目標

根據《規劃》，中國的淺層和水熱型地熱能供暖（製冷）技術已基本成熟，淺層地熱能南北均有開發，但80%集中在華北和東北南部，包括遼寧（70km²）、北京（40km²）、山東（30km²）、河南（29km²）、河北（28km²）等地區；而水熱型地熱能的開發利用基本都在北方，包括河北（26km²）、天津（21km²）、陝西（15km²）等地，南方几乎尚未開發。2015年底，全國淺層地熱能供暖（製冷）面積達到3.92億平方米，水熱型地熱能供暖面積達到1.02億平方米，地熱能年利用量約2000萬噸標準煤。

淺層地熱資源開發情況

水熱型地熱資源開發情況

發展乾熱巖的前景和挑戰

乾熱巖一般溫度大於200℃，埋深數千米，內部不存在流體或僅有少量地下流體的高溫巖體，存量巨大。據保守估計，地殼中乾熱巖所蘊含的能量相當於全球所有石油、天然氣和煤炭所蘊藏能量的30倍。而我國乾熱巖的儲量達到17萬億噸，儲量可用4000年。乾熱巖發電技術可大幅降低溫室效應和酸雨對環境的影響，且不受季節、氣候制約，是一種十分清潔的新能源。

乾熱巖雖然利用價值較高，但是開發難度極大。從上世紀70年代以來美國人提出來，現在全球累計的發電量一共是12.2兆瓦，投資成本上百億美元，投入產出比實在太低，回報週期太長。總體上世界乾熱巖EGS開發仍處於試驗和示範階段，還沒有一個商業化的過程。

受限於技術和成本，我國乾熱巖開發還面臨著不少挑戰。首先，乾熱巖資源勘查難。由於地殼結構複雜，成因機理尚不清楚，乾熱巖資源分佈極為不均勻，我國目前尚未形成成熟可靠的資源評價技術和方法。其次，開發乾熱巖的工程難度大。由於儀器、工具和材料的耐溫能力不足，加之巖體可鑽性差、工程設計優化難度大，鑽井慢、週期長、成本高，所以難以高效成井。第三，乾熱巖的利用工程難題不小。由於我國還缺乏高溫潛水泵、抗高溫示蹤劑以及適合於乾熱巖循環測試的解釋技術等，面臨著開發乾熱巖循環測試及熱能提取難題。我們國家做了一些工作，主要體現在理論和試驗方面。我們的鑽探工作主要在乾熱巖的溫度、分佈範圍等方面做了一些基礎參照，壓力改造沒有取得實質性進展。

我國首次發現大規模可利用乾熱巖資源於青海省共和盆地。2019年，山東省日照市和威海市的部分區域也發現了乾熱巖富存區，資源量總計相當於188億噸標準煤。2011-2017年，中國地質調查局、青海省國土廳在共和盆地共鑽地熱勘察井7口，井底溫度最高達220度，與世界上比較成功的EGS工程溫度基本一致。從2018年開始，中國地調局、青海省、中石化三方聯合推進青海共和乾熱巖EGS科技攻堅。2018年3月18日，自然資源部中國地質調查局正式印發了《青海共和盆地乾熱巖勘查與試驗性法科技攻堅戰實施方案（2018-2025年）》。方案計劃通過協同攻關，最終突破乾熱巖勘查開發重大科技難題，實現乾熱巖勘查開發重大儀器國產化，建立中國收割可複製推廣的經濟型，規模化乾熱巖開發示範工程。

乾熱巖研發屬於前瞻性技術，在目前的經濟技術條件下，要實現乾熱巖資源開發利用的實質性進展，必須持續增大科研項目、人員、經費的支持。而且，大規模商業化利用還需要解決更多的技術難題。

地熱與太陽能深度互補

之所以要進行太陽能和地熱能的深度互補，主要是為了提高發電效率。地熱開發溫度越高發電效率越高，發電成本越低。比如，如果我們把太陽能用聚光鏡聚集起來，把150度的地熱水變成300度高溫，就可以把發電效率從10%-15%提高到30%以上。同時還可以讓它的功率更加匹配我們的需求，減少地熱資源不確定性的風險。

2017年12月，國內首個“地熱能+太陽能”互補供暖示範工程在蘭州市西固區張家大坪建成並投入運行。該工程由地巖熱供暖系統、太陽能光熱系統、太陽能與地巖熱互補系統等三部分組成。地巖熱供暖系統採用中國工程院副院長徐德龍院士帶領團隊研發的“取熱不取水”無干擾地巖熱利用技術，向地下鑽孔至適宜深度（約2500m）的岩層，通過高效換熱器將地熱取出，用於供熱供暖。該技術不受地質、氣候、場址等環境條件限制，不抽取或回灌地下水，對地下水、土壤等無干擾、無汙染。可以實現地熱能的清潔、高效、持續利用。

“地熱能+太陽能”互補系統採用智慧能源運行模式。在採暖季，太陽能集熱系統將熱能與地熱井熱能並行輸送至用戶側直接使用；在春、夏、秋非採暖季，太陽能集熱系統將熱能輸送至地熱井中蓄存，用於增加地熱井熱能，科學地解決了太陽能能流密度低、季節性不平衡、難以跨季儲存等問題。該示範工程集成無干擾地巖熱利用、太陽能熱利用及跨季節儲熱等技術，可規模化、低成本、連續穩定地利用可再生能源進行清潔能源供暖。

來源：國發能研院、綠能智庫