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曹耀峰院士：地熱春天即將到來
發(fā)布時間：
2015-11-30 12:00
來源：
- 導語 -
與2015年規(guī)劃目標相比，我國目前的地熱利用還有很大的差距，未來潛力巨大。隨著我國將綠色發(fā)展提升到前所未有的高度，地熱利用正面臨歷史性的發(fā)展機遇，地熱的春天即將到來。
化石能源在帶來工業(yè)文明的同時，也使人類陷入了“黑色的困惑”，即日益嚴重的環(huán)境和氣候問題。經(jīng)歷30多年的高速發(fā)展，我國的環(huán)境問題日益突出，需要多樣化的能源供給改變單純依賴化石能源的能源利用方式。
根據(jù)我國能源規(guī)劃目標，到2020年，非化石能源要從現(xiàn)在的8.4%達到15%。作為一種可再生的清潔能源，地熱具有儲量豐富、分布廣，用途廣泛、穩(wěn)定性好并且可循環(huán)利用的特點，不受季節(jié)、氣候、晝夜變化等外界因素干擾，日益成為一種頗具競爭力的新能源。
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中國地熱資源利用概況
地熱資源按照埋藏深度分為淺層地熱能、中深層地熱能、干熱巖地熱能。我國地熱資源儲量大，占全球地熱資源量的六分之一，其中淺層地熱能資源量每年相當于95億噸標準煤，現(xiàn)每年可利用3.5億噸標準煤，減排5億噸二氧化碳；中深層地熱能資源量相當于8530億噸標準煤，現(xiàn)每年可利用6.4億噸標準煤，減排13億噸二氧化碳；干熱巖資源量相當于860萬億噸標準煤，現(xiàn)正處于研發(fā)階段。
從埋藏深度和分布地域上看，淺層地熱能資源一般位于200米以內(nèi)深度，利用條件好的適宜區(qū)主要分布在東北地區(qū)南部、華北地區(qū)、江淮流域、四川盆地。中深層地熱能（常規(guī)地熱能）一般在200-3000米左右，分為對流型和傳導型。其中高溫對流型地熱主要分布在滇藏以及臺灣地區(qū)，中低溫對流型主要分布在東南沿海和膠遼地區(qū)，而中低溫傳導型地熱主要分布在大中型沉積盆地。干熱巖（增強性地熱），埋藏深度一般在3000-10000米左右，主要分布在西藏，其次是云南、廣東、福建等東南沿海地區(qū)和山東、陜西局部地區(qū)。
我國地熱資源的開發(fā)利用分為發(fā)電和直接利用兩個方面。高溫地熱資源主要用于發(fā)電；中低溫地熱資源則以直接利用為主，對于25攝氏度以下的淺層地熱能，可利用地源熱泵進行供暖和制冷。
比如天津、河北為代表的地熱供暖，以北京、東南沿海為代表的溫泉旅游與療養(yǎng)等中深層地熱資源直接利用。預計到2015年底，全國中深層地熱供暖面積達到1億平方米。在地熱發(fā)電方面，我國先后在廣東豐順、河北懷來、江西宜春、湖南灰湯、遼寧熊岳、廣西象州和山東招遠等7個地區(qū)建設了中低溫地熱發(fā)電站，在西藏羊八井建設了中高溫地熱發(fā)電站。
因發(fā)電效率和經(jīng)濟效益等原因，目前僅廣東豐順和西藏羊八井尚在發(fā)電。盡管我國直接利用地熱資源量多年位于世界首位，但地熱發(fā)電比較滯后，2014年底，我國地熱發(fā)單總裝機容量僅為27.28MW，世界第18位，與地熱資源大國地位不匹配。
不過2014年年底，我國地熱資源直接利用發(fā)生了積極的變化。地源熱泵達到了58%，地熱供暖比例為19%，首次超過18%的溫泉洗浴。因此地熱開發(fā)的能源性、技術性開始逐漸顯露出來。
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地熱開發(fā)利用技術亟待提升
基于我國地熱資源利用不足的現(xiàn)實狀況，提升開發(fā)利用技術成為當務之急。
我國的地熱資源開發(fā)利用技術是一門多學科的綜合技術，涉及資源的勘察與評價，鉆井成井工藝、尾水回灌、梯級利用、高效運營、保溫與換熱，防腐防垢和熱泵發(fā)電等技術。
目前，我國地熱開發(fā)利用技術的實施主體主要由國家地熱能中心、中科院等多家科研機構和石油大學、地質(zhì)大學等高校構成。這些單位相繼開展了地熱資源開發(fā)利用技術研發(fā)，初步建立了一套與我國地熱資源特點相適應的技術體系，指導地熱資源勘探開發(fā)實踐。
地熱資源的勘察技術和資源的評價技術在指導目前我國地熱勘察與評價上起到了積極作用。地熱資源的勘察技術，以電法、大地電磁法為主，在西藏、天津、北京、陜西、河北、河南、山東、四川、新疆等地的地熱資源勘查中得到了廣泛應用。
地熱資源評價技術，以熱儲體積法最為成熟，國土資源部2009年組織開展《全國地熱資源潛力評估》，該成果已于2014年11月發(fā)布，確定了地熱開發(fā)有利目標靶區(qū)。
針對不同的深度、地層和巖性，形成了不同的熱儲類型的井身結構優(yōu)化設計、低密度流體鉆井、熱儲層物性錄井、測井及有效儲層評價等地熱井鉆井成井工藝技術體系。比如中石油聯(lián)合中石化在肯尼亞OLKARIA地區(qū)施工了一批高溫地熱井，最高地層溫度達到了350攝氏度，初步形成了高溫定向鉆井、井筒降溫、鉆頭選型、空氣泡沫鉆井液等高溫地熱井鉆井技術。
地熱尾水回灌技術，是實現(xiàn)地熱資源可持續(xù)開發(fā)的有力措施，世界各國已獲得廣泛應用。在地熱資源保護、減少資源浪費、延長生產(chǎn)井壽命以及減少環(huán)境污染等方面具有重要作用。
在開發(fā)利用地熱中，如果沒有回灌就會造成二次污染，地下會面臨被掏空的危險；而一旦利用好回灌技術，地熱資源則取之不盡，用之不竭，回灌技術的重要性可見一斑。
在我國，中石化在開展回灌技術上走在前列，實現(xiàn)了灰?guī)r熱儲層100%回灌，砂巖底層回灌取得階段性成果。比如山東商河、樂陵試驗井回灌率超過80%，陜西咸陽正在進行回灌試驗：文林2號井回灌系統(tǒng)已經(jīng)取得國家專利局頒發(fā)的“砂巖地熱尾水經(jīng)濟回灌系統(tǒng)”技術專利，自然回灌量連續(xù)兩個采暖季保持在每小時100立方米以上，最大瞬間回灌量達到每小時148立方米，回灌率達到100%。
梯級利用技術主要根據(jù)“品位對口，梯級利用”的用能思想，實現(xiàn)地熱發(fā)電、建筑高效供熱制冷、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和溫泉沐浴的梯級利用，大幅度提高地熱能的轉化與利用。
通俗地講，就是在每個利用階段把地熱資源“吃干榨盡”，充分利用資源。比如我們的熱儲，100~110攝氏度之間，發(fā)電效率不是很高，但我們發(fā)電后再進行地板散熱，甚至再到養(yǎng)殖、種植，形成一個完整梯級利用的產(chǎn)業(yè)鏈。這樣效率就會很高，大幅度提高了地熱能的轉換率。
此外，地熱開發(fā)利用的技術還有蓄能技術，比如冰蓄能、水蓄冷、蓄熱等。還有循環(huán)技術、高效的灌熱技術以及地下水的防凍技術。
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地熱產(chǎn)業(yè)發(fā)展狀況——以中石化為例
在涉足地熱領域的企業(yè)中，中國石化發(fā)展較早也較為成熟，它的發(fā)展模式一定程度上反映了我國地熱開發(fā)利用的狀況。
資料顯示，早在2006年以后中石化的地熱利用規(guī)模幾乎以連年翻番的速度加快發(fā)展，其提供的中深層地熱供暖面積達4000萬平方米，占了全國中深層地熱供暖面積40%，每年實現(xiàn)可替代標準煤120萬噸，減排二氧化碳300萬噸，現(xiàn)已成為國內(nèi)地熱開發(fā)規(guī)模最大的企業(yè)。
2013年2月中石化確定將地熱業(yè)務作為其單個產(chǎn)業(yè)進行整體規(guī)劃，充分的發(fā)揮上中下游一體化的模式，明確下屬公司——新星公司作為清潔能源專業(yè)公司的發(fā)展定位。
梳理其地熱發(fā)展的歷程發(fā)現(xiàn)，中石化的模式主要有以下幾個特點：在市場上實現(xiàn)由小到大逐步鋪開，在利用上從單一供暖向多元產(chǎn)業(yè)鏈延伸，在業(yè)務性質(zhì)上具有國家戰(zhàn)略意義，在發(fā)展模式上成功打造成企地合作新模式等。
在與陜西咸陽、河北雄縣等局部區(qū)域合作開發(fā)地熱資源的基礎上，新星公司形成了面向全國的市場新格局。目前中石化已經(jīng)與5個省、19個市、34個縣（區(qū)）簽訂了地熱開發(fā)合作協(xié)議。開發(fā)區(qū)域已經(jīng)擴展到北京、陜西、河北、河南、山東等14個省。與北京市地勘局、廣東省地礦局等8家地礦單位以及國內(nèi)地熱領域多個研究院（所）簽訂了戰(zhàn)略合作協(xié)議。
在中石化內(nèi)部，與勝利油田、中原油田、石家莊煉化、鎮(zhèn)海煉化等也實現(xiàn)戰(zhàn)略合作?？梢哉f地熱這個板塊已經(jīng)到了各個油田，有的是新星公司在運作，有的可以說是地方混合所有制。從內(nèi)部上看，未來煉化企業(yè)在這方面潛能巨大。
橫向上從單一“地熱能”向多種“熱能”利用方向發(fā)展，進入油田、鋼鐵、煉化等余熱和廢熱發(fā)電、供暖領域?？v向上延伸產(chǎn)業(yè)鏈，從供暖向發(fā)電、現(xiàn)代高效農(nóng)業(yè)等產(chǎn)業(yè)方向發(fā)展。
中石化地熱科研實現(xiàn)了從公司單一業(yè)務型到擔負國家地熱產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)跨越發(fā)展責任的轉型，一方面國家地熱中心落戶中石化，另一方面中石化形成了地熱創(chuàng)新技術體系。
首先，組建國家地熱中心。基于中石化為國內(nèi)最大的地熱產(chǎn)業(yè)企業(yè)以及多年的研究力量，國家把組建國家地熱能源開發(fā)利用研究和技術推廣落在了中石化的新星公司，即國家地熱能中心。該中心可以看作是促進地熱資源開發(fā)利用的技術研發(fā)孵化器和推廣平臺。未來這個中心開發(fā)形成一個平臺五個系統(tǒng)構成的綜合利用信息系統(tǒng)。平臺包括技術、項目信息化效率監(jiān)測等，成為國家地熱產(chǎn)業(yè)發(fā)布的權威。
其次，地熱創(chuàng)新技術體系的建設。這一體系按照產(chǎn)、學、研一體化的思路，近幾年，中石化主要建立了四大技術體系：地熱勘探、地熱開發(fā)、地熱利用以及干熱巖開發(fā)利用技術。
在地熱資源的實施開發(fā)過程中，中石化與保定市雄縣政府合作，打造了地熱資源開發(fā)政企合作的新模式，即“雄縣模式”。這一模式在全國首例，雄縣也成為國家第一個無煙城。這一模式經(jīng)過6年的運營和建設，目前地熱供暖能力381萬平方米，城區(qū)基本實現(xiàn)了地熱集中供熱全覆蓋。
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中國地熱發(fā)展?jié)摿εc展望
應對環(huán)境污染和氣候變化帶來的挑戰(zhàn)，實現(xiàn)發(fā)展方式的轉變，都迫切需要能源結構的調(diào)整，我國也將綠色發(fā)展提升到前所未有的高度。地熱利用正面臨歷史性的發(fā)展機遇，地熱的春天即將到來。
根據(jù)國家能源局等四部委《關于促進地熱能開發(fā)利用的指導意見》，到2015年，地熱能源供熱制冷面積將達到5億平方米，地熱發(fā)電裝機容量爭取達到10萬千瓦，年利用量達到2000萬噸標準煤，2020年，地熱能開發(fā)利用量要達到5000萬噸標準煤。
而與2015年規(guī)劃目標相比，我國目前地熱利用還有很大差距，地熱利用潛力巨大。
從國家宏觀規(guī)劃來看地熱開發(fā)的前景也是樂觀的。以我國城鎮(zhèn)化建設為例，我國城鎮(zhèn)的建設面積超過500億平方米，供暖/制冷需求超過100億平方米，目前使用地熱供暖制冷僅為約4億平方、地熱發(fā)電裝機容量僅為2.78千瓦，未來市場空間可觀。
當前我國地熱產(chǎn)業(yè)，形成了以中石化這樣的大型企業(yè)為主導的市場格局，開發(fā)的優(yōu)勢條件明朗。從其自身發(fā)展思路來看，中石化組建了新星公司作為專業(yè)化新能源公司，形成以地熱能品牌建設為導向，以海外工程服務為支撐，以中國石化整體上中下游優(yōu)勢為依托，推進太陽能、生物質(zhì)能等新能源集成開發(fā)，打造地熱和新能源集成應用的產(chǎn)業(yè)鏈。
此外，中石化還將開展“地熱+余熱+分布式光伏”的新型能源站建設，探索多種新能源優(yōu)化組合以及與常規(guī)能源相互協(xié)調(diào)的綜合利用模式。
從外部有利環(huán)境上看，中石化可以依托國家電網(wǎng)規(guī)劃，實現(xiàn)開發(fā)三北地區(qū)新能源。比如國家電網(wǎng)公司根據(jù)國家能源規(guī)劃要求，2015年已近開工建設錫盟-南京、張北-南昌、蒙西-長沙特高壓電網(wǎng)，正規(guī)劃蒙西-天津南、榆橫-濰坊等特高壓輸電線路。依托這些資源優(yōu)勢，新星開發(fā)新疆、內(nèi)蒙古、寧夏等地區(qū)太陽能、風能產(chǎn)業(yè)，開展風光互補。
地址
湖南省湘潭市雨湖區(qū)先鋒工業(yè)園1698號