我国地热能开发利用现状与未来趋势

文 | 周博睿　作者供职于中国电力建设股份有限公司

地热能是一种绿色低碳、可循环利用的可再生能源，具有储量大、分布广、清洁环保、稳定可靠等特点。我国地热资源丰富，市场潜力巨大，发展前景广阔。开发利用地热能不仅对调整能源结构、节能减排、改善环境具有重要意义，而且对培育新兴产业、促进新型城镇化建设、增加就业均具有显著的拉动效应。地热能通常分为浅层地热能、水热型地热能、干热岩型地热能。

　　资源情况

浅层地热能。中国地热能发展报告显示，中国大陆336个主要城市浅层地热能年可采资源量折合7亿吨标准煤，可实现供暖(制冷)建筑面积320亿平方米，其中黄淮海平原和长江中下游平原地区最适宜浅层地热能开发利用。

水热型地热资源。我国水热型地热资源总量折合标准煤1.25万亿t，中国大陆水热型地热能年可采资源量折合18.65 亿吨标准煤(回灌情景下)。我国水热型地热资源以中低温为主，高温为辅。受构造、岩浆活动、地层岩性、水文地质条件等因素的控制，水热型地热资源分布有明显的规律性和地带性，依据构造成因可分为沉积盆地型和隆起山地型地热资源。

隆起山地型中低温地热资源。主要分布于东南沿海、胶东、辽东半岛等山地丘陵地区。隆起山地型高温地热资源主要分布在我国台湾和藏南、滇西、川西等地区。由于我国地处环太平洋板块地热带的西太平洋岛弧型板缘地热带以及地中海-喜马拉雅陆-陆碰撞型板缘地热带的交汇部位，受构造活动的控制，该区域孕育有大量的水热活动，是我国最主要的高温温泉密集带。西南地区水热型地热资源年可采量折合标准煤1530万t，高温地热资源发电潜力712万kW。

干热岩资源。干热岩在地球内部普遍存在，但有开发潜力的干热岩资源分布在新火山活动区、地壳较薄地区等板块或构造体边缘。我国陆区地下3～10km 范围内干热岩资源量折合标准煤856万亿t。根据国际干热岩标准，以其2%作为可开采资源量计，约为2015年全国能源总消耗量的4000倍。鉴于干热岩型地热能勘查开发难度和技术发展趋势，埋深在5500米以浅的干热岩型地热能将是未来15~30年中国地热能勘查开发研究的重点领域。

　　开发现状

浅层地热能开发情况

中国浅层地热能利用起步于20世纪末，伴随绿色奥运、节能减排和应对气候变化行动，浅层地热能利用进入快速发展阶段，2015年起浅层地热能利用规模开始居世界第一。“十三五”期间，我国建设了一批重大的浅层地热能开发利用项目，浅层地热能技术的成熟性和可靠性得到验证和认可。

北京世界园艺博览会采用深层地热+浅层地热+水蓄能+锅炉调峰方式，为29万平方米建筑提供供热制冷服务;北京城市副中心办公区利用地源热泵+深层地热+水蓄能+辅助冷热源，通过热泵技术，率先创建“近零碳排放区”示范工程，为237万平方米建筑群提供夏季制冷、冬季供暖以及生活热水;北京大兴国际机场地源热泵系统作为“绿色机场”的重要组成部分，为大兴机场257万平方米建筑提供冷、热能源等。

截止2019年底，全国浅层地热能开发利用规模为8.4亿平方米，主要分布在北京、天津、河北、辽宁、山东、湖北、江苏、上海等省市的城区。

地热直接利用的年利用能量世界第一，占世界的29.7%;地热直接利用的设备容量世界第一，占世界的25.4%;地源热泵年利用浅层地热能量世界第一，占世界的30.9%;地热供暖年利用量世界第一，占世界的38.2%。水热型地热能开发情况。

水热型地热能开发情况

水热型地热能利用是中国地热产业主力军。我国开发利用水热型地热供暖已有上千年的历史，改革开放后尤其是近年来，水热型地热供暖的开发利用在规模、深度和广度上都有很大发展。近10年来，中国水热型地热能直接利用以年均10%的速度增长，已连续多年位居世界首位。中国地热能直接利用以供暖为主，其次为康养、种养殖等。据不完全统计，截至2017年底，全国水热型地热能供暖建筑面积超过1.5亿平方米，其中山东、河北、河南增长较快。

中国地热能发电始于20世纪70年代，1970年12月第1台中低温地热能发电机组在广东省丰顺县邓屋发电成功。目前，我国地热发电已建总装机容量53.45MW，目前运行容量46.46MW，已停运容量5.79MW，已拆除容量1.2MW。

干热岩型地热能资源勘查开发情况

干热岩型地热能是未来地热能发展的重要领域。美国、德国、法国、日本等国经过20—40年不等的探索研究，在干热岩型地热能勘查评价、热储改造和发电试验等方面取得了重要进展，积累了一定经验。相比而言中国起步较晚，2012年科技部设立国家高新技术研究发展计划(863计划)，开启了中国关于干热岩的专项研究。2013年以来中国地质调查局与青海省联合推进青海重点地区干热岩型地热能勘查，2017年在青海共和盆地3705米深处钻获236℃的干热岩体，是中国在沉积盆地区首次发现高温干热岩型地热能资源。

　　开发利用方式

地热资源的开发利用可分为发电和直接利用两个方面。高温地热资源主要用于发电;中温和低温地热资源则以直接利用为主;对于25℃以下的浅层地热能，可利用地源热泵进行供暖和制冷。

浅层地热能供暖制冷。2015年起浅层地热年利用率总量列世界第一。2017年地源热泵装机容量达2万MW，年利用浅层地热能这和标准煤1900万t。我国浅层地热能利用发展速度快、应用面积大、各地区利用发展程度不同，覆盖面广，系统类型多样。

中低温地热直接利用。我国中低温地热直接利用主要在地热供暖、医疗保健、温泉、洗浴和旅游度假、养殖、农业温室种植和灌溉、工业生产、矿泉水生产等方面，并逐步开发了地热资源梯级利用技术、地下含水层储能技术等。

开发利用60～100℃的中低温地热水、热尾水和浅层地热能。一些有温泉出露的地区，尤其是北方，都在不同程度上利用地热采暖，已取得良好效果。天津利用地热进行区域供暖已成为我国的典范，正在带动着北方地热区域供热的发展。利用地热水供暖，以其清洁、对大气污染极小、运行成本低、资源综合利用收益高等优点，再加上热泵技术，在常规能源比较短缺有条件开发地热资源的地区，受到了普遍重视，并收到了明显经济社会效益，其发展前景广泛。

地热流体中具有较高的温度、含有特殊的化学成分与气体成分、少量生物活性离子及放射性物质等，对人体各系统器官功能调节具有明显的医疗和保健作用。在各温泉疗养院中，利用地热可以进行水疗、气疗和泥疗等。随着经济发展和人民生活水平提高，全国相继在许多地区建立了一批集医疗、洗浴、保健、娱乐、旅游度假于一体的“温泉度假村”或“医疗康复中心”。

洗浴和旅游度假。利用地热水进行洗浴，几乎遍及全国各省(区、市)。据不完全统计，全国已建温泉地热水疗养院200余处，突出医疗利用的温泉浴疗有430处。我国许多温泉区既是疗养地，又是旅游观光区，我国藏南、滇西、川西及台湾一些高温温泉和沸泉区，不仅拥有高能位地热资源，同时还拥有绚丽多彩的地热景观，为世人所瞩目。如云南省腾冲是我国大陆唯一的一处保存完好的火山温泉区，拥有罕见的火山、地热景观及珍贵的医疗矿泉水价值;台湾省的大屯火山温泉区也是温泉疗养和旅游观光胜地。

养殖。北京、天津、福建、广东等地起步较早，现已遍及20多个省(区、市)的47个地热田。主要养殖罗非鱼、鳗鱼、甲鱼、青虾、牛蛙、观赏鱼等以及鱼苗越冬。由于各地温泉养殖业迅速发展，新鲜鱼类畅销海内外，取得显著经济效益。此外，还有地热孵化禽类、地热烘干蔬菜、地热水加温沼气池与牲畜洗浴池等，也取得良好效果。

农业温室种植和灌溉。地热是一种复合型资源，非常适合生物的反季节、异地养殖与种植。利用地热能可以为温室供暖，利用地热水可以进行温带水生物的养殖，地热水中的矿物质还可以为生物提供所需的养分。在我国北方，地热主要用于种植较高档的瓜果类、菜类、食用菌、花卉等，在南方，主要用于育秧。

工业生产。目前主要用于纺织印染、洗涤、制革、造纸与木材、粮食烘干等，其中温泉区地下热水在纺织工业及化工工业方面均获得较好的利用和效益。同时，部分地热水还可提取工业原料，如腾冲热海硫磺塘采用淘洗法取硫磺，洱源县九台温泉区挖取芒硝和自然硫，台湾自明清以来就已经在大屯火山温泉区开采自然硫等。

高温地热发电。地热发电方面，20世纪70年代初，我国在江西、广东等地开发中低温地热能，建设了一批地热示范电站。1977年，我国开始开发中高温地热能，并在西藏羊八井建设了第一个中高温地热发电示范电站。此后羊八井地热电站历时14年建成7台3MW机组和1台3.18引进机组，持续运行至2020年。2018年9月，羊易地热电站16MW双工质地热发电引进机组首次并网，于2019年正常运行，成为截至目前我国单机功率最大的地热发电机组。

虽然我国高温地热发电规模落后于世界，但高温地热发电的地面设备技术还是一直跟随的，其主要由于一些钢厂、化工厂等高温余热资源需要加以利用，所以从余热发电角度一直在发展。

高温地热发电根据地面发电设备原理不同，一般分为单极闪蒸地热发电技术、两极闪蒸地热发电技术、双工质发电技术、全流发电技术(即螺杆膨胀动力机技术)几大类，目前双工质发电技术应用最多。高温地热发电技术中地面发电设备技术有多种解决方案，技术相对成熟，其最难的技术属于高温地热资源勘查技术，如何勘查到高温地热资源，如何将地下的高温地热资源提出地表是较难的技术。若能够从地下提取出高温地热流体，高温地热发电很相对容易实现。

“地热能+”多能互补。以“多能互补、智能耦合”为特色的“地热﹢”绿色风暴正在各地悄悄形成。“地热能+”多种清洁能源互补供热技术，创新设计了地热梯级利用工艺，地热高温部分进行发电，低温部分进行供热，提高地热利用率。在京津冀和东南沿海地区初步建立发电、供暖二级地热能梯级开发利用示范基地。

“地热能+”的出发点和着力点就是以地热资源禀赋和分布特征为基础，因地制宜，加强地热与其他可再生能源的互补综合利用，以实现较高的能源使用效率。大力发展“地热能+”，是未来新能源和可再生能源的一个发展方向。

　　存在问题

当前，我国对地热资源开发利用重视程度低，勘查投入不足造成我国资源数据基础较差，我国现有的资源分布数据缺乏。截至目前，还没有单位对我国地热资源进行全面系统的勘查，无法精细评价我国地热资源的分布，这大大影响着我国地热产业规模化发展。

在成井质量、管材腐蚀结垢等浅层地热开发问题，以及高温地热井成本、低效率的问题，仍制约着地热规模化发展。

另一方面，我国地热能产业发展初期扶持政策不充分，目前，中央和地方政府出台了一些财政和价格鼓励政策，对加快浅层地热能开发利用及促进北方地区清洁供暖具有积极引导作用，但政策不完善、执行不到位、不充分。价格优惠力度不足，地热开发利用政策的针对性、强制性不强，需要政府的有效引导和激励政策支持。

　　相关建议

开展地热能发电关键技术和成套装备研发

开展中低温发电技术和经济可行性研究。150℃及以下温度下开发地热资源发电的技术和经济可行性方面的机遇和挑战;开展可快速膨胀/压缩的低成本、高效的中低温地热发电的新型工质热交换流体等。攻关干热岩地热能发电关键技术和成套装备;地热能发电与其他可再生能源一体化发展技术等，为今后地热能发电的规模化发展奠定技术储备。

开展干热岩高效开发关键技术研究

由于干热岩具有强度大、温度高等特性，高效安全成井已成为干热岩高效开发的技术瓶颈，亟待攻关。在研究干热岩地质特征和资源禀赋的基础上，结合干热岩的开发技术特点，解决深层、高温、硬质和易失稳地层的钻井问题。

开展单井抽回灌两用系统研究

针对增强单井取热能力的措施和新型单井结构设计方面，开展同井采注、分支井增加换热面积、大尺寸井眼换热、激发井下扰流强化对流换热等，多措施下提高换热效率的研究工作。

开展降低成本提高钻效的地热钻井工程技术研究

开展地热深井硬岩中开展气动和液动潜孔锤钻井技术研究，包括钻机、钻头和冲击器等与岩石的适应和匹配性;风量、风压、钻井液泵量、钻压等参数与钻速、地下水出水量以及井壁的相关性;井壁稳定等相关技术研究。

开展保护储层的钻井和完井工程技术研究

开展储层保护的钻井技术研究，特别是欠平衡(近平衡)钻井技术;提高井筒与储层接触面积的钻完井技术，包括：定向钻井技术、洗井技术和工艺、完井技术，包括射井、压裂、爆破等。

地热能作为蕴藏在地球内部的可再生能源，储量丰富、分布较广，有着稳定可靠等优势。国家能源局印发的《关于促进地热能开发利用的若干意见》中提出，到2025年，各地基本建立起完善规范的地热能开发利用管理流程，全国地热能开发利用信息统计和监测体系基本完善，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;到2035年，地热能供暖(制冷)面积及地热能发电装机容量力争比2025年翻一番。

大力推动清洁高效、节水环保的地热能因地制宜、有序开发和综合利用，对于促进能源清洁低碳发展、推动碳达峰、碳中和目标实现，具有重要意义。