文 | 周博睿 作者供職于中國(guó)電力建設(shè)股份有限公司
地?zé)崮苁且环N綠色低碳、可循環(huán)利用的可再生能源，具有儲(chǔ)量大、分布廣、清潔環(huán)保、穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。我國(guó)地?zé)豳Y源豐富，市場(chǎng)潛力巨大，發(fā)展前景廣闊。開發(fā)利用地?zé)崮懿粌H對(duì)調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、節(jié)能減排、改善環(huán)境具有重要意義，而且對(duì)培育新興產(chǎn)業(yè)、促進(jìn)新型城鎮(zhèn)化建設(shè)、增加就業(yè)均具有顯著的拉動(dòng)效應(yīng)。地?zé)崮芡ǔ７譃闇\層地?zé)崮堋⑺疅嵝偷責(zé)崮?、干熱巖型地?zé)崮堋?/p>
資源情況
淺層地?zé)崮堋Ｖ袊?guó)地?zé)崮馨l(fā)展報(bào)告顯示，中國(guó)大陸336個(gè)主要城市淺層地?zé)崮苣昕刹少Y源量折合7億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，可實(shí)現(xiàn)供暖(制冷)建筑面積320億平方米，其中黃淮海平原和長(zhǎng)江中下游平原地區(qū)最適宜淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用。
水熱型地?zé)豳Y源。我國(guó)水熱型地?zé)豳Y源總量折合標(biāo)準(zhǔn)煤1.25萬億t，中國(guó)大陸水熱型地?zé)崮苣昕刹少Y源量折合18.65 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤(回灌情景下)。我國(guó)水熱型地?zé)豳Y源以中低溫為主，高溫為輔。受構(gòu)造、巖漿活動(dòng)、地層巖性、水文地質(zhì)條件等因素的控制，水熱型地?zé)豳Y源分布有明顯的規(guī)律性和地帶性，依據(jù)構(gòu)造成因可分為沉積盆地型和隆起山地型地?zé)豳Y源。
隆起山地型中低溫地?zé)豳Y源。主要分布于東南沿海、膠東、遼東半島等山地丘陵地區(qū)。隆起山地型高溫地?zé)豳Y源主要分布在我國(guó)臺(tái)灣和藏南、滇西、川西等地區(qū)。由于我國(guó)地處環(huán)太平洋板塊地?zé)釒У奈魈窖髰u弧型板緣地?zé)釒б约暗刂泻?喜馬拉雅陸-陸碰撞型板緣地?zé)釒У慕粎R部位，受構(gòu)造活動(dòng)的控制，該區(qū)域孕育有大量的水熱活動(dòng)，是我國(guó)最主要的高溫溫泉密集帶。西南地區(qū)水熱型地?zé)豳Y源年可采量折合標(biāo)準(zhǔn)煤1530萬t，高溫地?zé)豳Y源發(fā)電潛力712萬kW。
干熱巖資源。干熱巖在地球內(nèi)部普遍存在，但有開發(fā)潛力的干熱巖資源分布在新火山活動(dòng)區(qū)、地殼較薄地區(qū)等板塊或構(gòu)造體邊緣。我國(guó)陸區(qū)地下3～10km 范圍內(nèi)干熱巖資源量折合標(biāo)準(zhǔn)煤856萬億t。根據(jù)國(guó)際干熱巖標(biāo)準(zhǔn)，以其2%作為可開采資源量計(jì)，約為2015年全國(guó)能源總消耗量的4000倍。鑒于干熱巖型地?zé)崮芸辈殚_發(fā)難度和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，埋深在5500米以淺的干熱巖型地?zé)崮軐⑹俏磥?5~30年中國(guó)地?zé)崮芸辈殚_發(fā)研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。
開發(fā)現(xiàn)狀
淺層地?zé)崮荛_發(fā)情況
中國(guó)淺層地?zé)崮芾闷鸩接?0世紀(jì)末，伴隨綠色奧運(yùn)、節(jié)能減排和應(yīng)對(duì)氣候變化行動(dòng)，淺層地?zé)崮芾眠M(jìn)入快速發(fā)展階段，2015年起淺層地?zé)崮芾靡?guī)模開始居世界第一。“十三五”期間，我國(guó)建設(shè)了一批重大的淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用項(xiàng)目，淺層地?zé)崮芗夹g(shù)的成熟性和可靠性得到驗(yàn)證和認(rèn)可。
北京世界園藝博覽會(huì)采用深層地?zé)?淺層地?zé)?水蓄能+鍋爐調(diào)峰方式，為29萬平方米建筑提供供熱制冷服務(wù);北京城市副中心辦公區(qū)利用地源熱泵+深層地?zé)?水蓄能+輔助冷熱源，通過熱泵技術(shù)，率先創(chuàng)建“近零碳排放區(qū)”示范工程，為237萬平方米建筑群提供夏季制冷、冬季供暖以及生活熱水;北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)地源熱泵系統(tǒng)作為“綠色機(jī)場(chǎng)”的重要組成部分，為大興機(jī)場(chǎng)257萬平方米建筑提供冷、熱能源等。
截止2019年底，全國(guó)淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用規(guī)模為8.4億平方米，主要分布在北京、天津、河北、遼寧、山東、湖北、江蘇、上海等省市的城區(qū)。
地?zé)嶂苯永玫哪昀媚芰渴澜绲谝?，占世界?9.7%;地?zé)嶂苯永玫脑O(shè)備容量世界第一，占世界的25.4%;地源熱泵年利用淺層地?zé)崮芰渴澜绲谝?，占世界?0.9%;地?zé)峁┡昀昧渴澜绲谝?，占世界?8.2%。水熱型地?zé)崮荛_發(fā)情況。
水熱型地?zé)崮荛_發(fā)情況
水熱型地?zé)崮芾檬侵袊?guó)地?zé)岙a(chǎn)業(yè)主力軍。我國(guó)開發(fā)利用水熱型地?zé)峁┡延猩锨甑臍v史，改革開放后尤其是近年來，水熱型地?zé)峁┡拈_發(fā)利用在規(guī)模、深度和廣度上都有很大發(fā)展。近10年來，中國(guó)水熱型地?zé)崮苤苯永靡阅昃?0%的速度增長(zhǎng)，已連續(xù)多年位居世界首位。中國(guó)地?zé)崮苤苯永靡怨┡癁橹?，其次為康養(yǎng)、種養(yǎng)殖等。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2017年底，全國(guó)水熱型地?zé)崮芄┡ㄖ娣e超過1.5億平方米，其中山東、河北、河南增長(zhǎng)較快。
中國(guó)地?zé)崮馨l(fā)電始于20世紀(jì)70年代，1970年12月第1臺(tái)中低溫地?zé)崮馨l(fā)電機(jī)組在廣東省豐順縣鄧屋發(fā)電成功。目前，我國(guó)地?zé)岚l(fā)電已建總裝機(jī)容量53.45MW，目前運(yùn)行容量46.46MW，已停運(yùn)容量5.79MW，已拆除容量1.2MW。
干熱巖型地?zé)崮苜Y源勘查開發(fā)情況
干熱巖型地?zé)崮苁俏磥淼責(zé)崮馨l(fā)展的重要領(lǐng)域。美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、日本等國(guó)經(jīng)過20—40年不等的探索研究，在干熱巖型地?zé)崮芸辈樵u(píng)價(jià)、熱儲(chǔ)改造和發(fā)電試驗(yàn)等方面取得了重要進(jìn)展，積累了一定經(jīng)驗(yàn)。相比而言中國(guó)起步較晚，2012年科技部設(shè)立國(guó)家高新技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)，開啟了中國(guó)關(guān)于干熱巖的專項(xiàng)研究。2013年以來中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局與青海省聯(lián)合推進(jìn)青海重點(diǎn)地區(qū)干熱巖型地?zé)崮芸辈椋?017年在青海共和盆地3705米深處鉆獲236℃的干熱巖體，是中國(guó)在沉積盆地區(qū)首次發(fā)現(xiàn)高溫干熱巖型地?zé)崮苜Y源。
開發(fā)利用方式
地?zé)豳Y源的開發(fā)利用可分為發(fā)電和直接利用兩個(gè)方面。高溫地?zé)豳Y源主要用于發(fā)電;中溫和低溫地?zé)豳Y源則以直接利用為主;對(duì)于25℃以下的淺層地?zé)崮?，可利用地源熱泵進(jìn)行供暖和制冷。
淺層地?zé)崮芄┡评洹?015年起淺層地?zé)崮昀寐士偭苛惺澜绲谝弧?017年地源熱泵裝機(jī)容量達(dá)2萬MW，年利用淺層地?zé)崮苓@和標(biāo)準(zhǔn)煤1900萬t。我國(guó)淺層地?zé)崮芾冒l(fā)展速度快、應(yīng)用面積大、各地區(qū)利用發(fā)展程度不同，覆蓋面廣，系統(tǒng)類型多樣。
中低溫地?zé)嶂苯永谩Ｎ覈?guó)中低溫地?zé)嶂苯永弥饕诘責(zé)峁┡?、醫(yī)療保健、溫泉、洗浴和旅游度假、養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)溫室種植和灌溉、工業(yè)生產(chǎn)、礦泉水生產(chǎn)等方面，并逐步開發(fā)了地?zé)豳Y源梯級(jí)利用技術(shù)、地下含水層儲(chǔ)能技術(shù)等。
開發(fā)利用60～100℃的中低溫地?zé)崴?、熱尾水和淺層地?zé)崮堋Ｒ恍┯袦厝雎兜牡貐^(qū)，尤其是北方，都在不同程度上利用地?zé)岵膳?，已取得良好效果。天津利用地?zé)徇M(jìn)行區(qū)域供暖已成為我國(guó)的典范，正在帶動(dòng)著北方地?zé)釁^(qū)域供熱的發(fā)展。利用地?zé)崴┡?，以其清潔、?duì)大氣污染極小、運(yùn)行成本低、資源綜合利用收益高等優(yōu)點(diǎn)，再加上熱泵技術(shù)，在常規(guī)能源比較短缺有條件開發(fā)地?zé)豳Y源的地區(qū)，受到了普遍重視，并收到了明顯經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益，其發(fā)展前景廣泛。
地?zé)崃黧w中具有較高的溫度、含有特殊的化學(xué)成分與氣體成分、少量生物活性離子及放射性物質(zhì)等，對(duì)人體各系統(tǒng)器官功能調(diào)節(jié)具有明顯的醫(yī)療和保健作用。在各溫泉療養(yǎng)院中，利用地?zé)峥梢赃M(jìn)行水療、氣療和泥療等。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平提高，全國(guó)相繼在許多地區(qū)建立了一批集醫(yī)療、洗浴、保健、娛樂、旅游度假于一體的“溫泉度假村”或“醫(yī)療康復(fù)中心”。
洗浴和旅游度假。利用地?zé)崴M(jìn)行洗浴，幾乎遍及全國(guó)各省(區(qū)、市)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)已建溫泉地?zé)崴燄B(yǎng)院200余處，突出醫(yī)療利用的溫泉浴療有430處。我國(guó)許多溫泉區(qū)既是療養(yǎng)地，又是旅游觀光區(qū)，我國(guó)藏南、滇西、川西及臺(tái)灣一些高溫溫泉和沸泉區(qū)，不僅擁有高能位地?zé)豳Y源，同時(shí)還擁有絢麗多彩的地?zé)峋坝^，為世人所矚目。如云南省騰沖是我國(guó)大陸唯一的一處保存完好的火山溫泉區(qū)，擁有罕見的火山、地?zé)峋坝^及珍貴的醫(yī)療礦泉水價(jià)值;臺(tái)灣省的大屯火山溫泉區(qū)也是溫泉療養(yǎng)和旅游觀光勝地。
養(yǎng)殖。北京、天津、福建、廣東等地起步較早，現(xiàn)已遍及20多個(gè)省(區(qū)、市)的47個(gè)地?zé)崽铩Ｖ饕B(yǎng)殖羅非魚、鰻魚、甲魚、青蝦、牛蛙、觀賞魚等以及魚苗越冬。由于各地溫泉養(yǎng)殖業(yè)迅速發(fā)展，新鮮魚類暢銷海內(nèi)外，取得顯著經(jīng)濟(jì)效益。此外，還有地?zé)岱趸蓊悺⒌責(zé)岷娓墒卟?、地?zé)崴訙卣託獬嘏c牲畜洗浴池等，也取得良好效果。
農(nóng)業(yè)溫室種植和灌溉。地?zé)崾且环N復(fù)合型資源，非常適合生物的反季節(jié)、異地養(yǎng)殖與種植。利用地?zé)崮芸梢詾闇厥夜┡?，利用地?zé)崴梢赃M(jìn)行溫帶水生物的養(yǎng)殖，地?zé)崴械牡V物質(zhì)還可以為生物提供所需的養(yǎng)分。在我國(guó)北方，地?zé)嶂饕糜诜N植較高檔的瓜果類、菜類、食用菌、花卉等，在南方，主要用于育秧。
工業(yè)生產(chǎn)。目前主要用于紡織印染、洗滌、制革、造紙與木材、糧食烘干等，其中溫泉區(qū)地下熱水在紡織工業(yè)及化工工業(yè)方面均獲得較好的利用和效益。同時(shí)，部分地?zé)崴€可提取工業(yè)原料，如騰沖熱海硫磺塘采用淘洗法取硫磺，洱源縣九臺(tái)溫泉區(qū)挖取芒硝和自然硫，臺(tái)灣自明清以來就已經(jīng)在大屯火山溫泉區(qū)開采自然硫等。
高溫地?zé)岚l(fā)電。地?zé)岚l(fā)電方面，20世紀(jì)70年代初，我國(guó)在江西、廣東等地開發(fā)中低溫地?zé)崮埽ㄔO(shè)了一批地?zé)崾痉峨娬尽?977年，我國(guó)開始開發(fā)中高溫地?zé)崮埽⒃谖鞑匮虬司ㄔO(shè)了第一個(gè)中高溫地?zé)岚l(fā)電示范電站。此后羊八井地?zé)犭娬練v時(shí)14年建成7臺(tái)3MW機(jī)組和1臺(tái)3.18引進(jìn)機(jī)組，持續(xù)運(yùn)行至2020年。2018年9月，羊易地?zé)犭娬?6MW雙工質(zhì)地?zé)岚l(fā)電引進(jìn)機(jī)組首次并網(wǎng)，于2019年正常運(yùn)行，成為截至目前我國(guó)單機(jī)功率最大的地?zé)岚l(fā)電機(jī)組。
雖然我國(guó)高溫地?zé)岚l(fā)電規(guī)模落后于世界，但高溫地?zé)岚l(fā)電的地面設(shè)備技術(shù)還是一直跟隨的，其主要由于一些鋼廠、化工廠等高溫余熱資源需要加以利用，所以從余熱發(fā)電角度一直在發(fā)展。
高溫地?zé)岚l(fā)電根據(jù)地面發(fā)電設(shè)備原理不同，一般分為單極閃蒸地?zé)岚l(fā)電技術(shù)、兩極閃蒸地?zé)岚l(fā)電技術(shù)、雙工質(zhì)發(fā)電技術(shù)、全流發(fā)電技術(shù)(即螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)技術(shù))幾大類，目前雙工質(zhì)發(fā)電技術(shù)應(yīng)用最多。高溫地?zé)岚l(fā)電技術(shù)中地面發(fā)電設(shè)備技術(shù)有多種解決方案，技術(shù)相對(duì)成熟，其最難的技術(shù)屬于高溫地?zé)豳Y源勘查技術(shù)，如何勘查到高溫地?zé)豳Y源，如何將地下的高溫地?zé)豳Y源提出地表是較難的技術(shù)。若能夠從地下提取出高溫地?zé)崃黧w，高溫地?zé)岚l(fā)電很相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)。
“地?zé)崮?”多能互補(bǔ)。以“多能互補(bǔ)、智能耦合”為特色的“地?zé)岍€”綠色風(fēng)暴正在各地悄悄形成。“地?zé)崮?”多種清潔能源互補(bǔ)供熱技術(shù)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了地?zé)崽菁?jí)利用工藝，地?zé)岣邷夭糠诌M(jìn)行發(fā)電，低溫部分進(jìn)行供熱，提高地?zé)崂寐省Ｔ诰┙蚣胶蜄|南沿海地區(qū)初步建立發(fā)電、供暖二級(jí)地?zé)崮芴菁?jí)開發(fā)利用示范基地。
“地?zé)崮?”的出發(fā)點(diǎn)和著力點(diǎn)就是以地?zé)豳Y源稟賦和分布特征為基礎(chǔ)，因地制宜，加強(qiáng)地?zé)崤c其他可再生能源的互補(bǔ)綜合利用，以實(shí)現(xiàn)較高的能源使用效率。大力發(fā)展“地?zé)崮?”，是未來新能源和可再生能源的一個(gè)發(fā)展方向。
存在問題
當(dāng)前，我國(guó)對(duì)地?zé)豳Y源開發(fā)利用重視程度低，勘查投入不足造成我國(guó)資源數(shù)據(jù)基礎(chǔ)較差，我國(guó)現(xiàn)有的資源分布數(shù)據(jù)缺乏。截至目前，還沒有單位對(duì)我國(guó)地?zé)豳Y源進(jìn)行全面系統(tǒng)的勘查，無法精細(xì)評(píng)價(jià)我國(guó)地?zé)豳Y源的分布，這大大影響著我國(guó)地?zé)岙a(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展。
在成井質(zhì)量、管材腐蝕結(jié)垢等淺層地?zé)衢_發(fā)問題，以及高溫地?zé)峋杀?、低效率的問題，仍制約著地?zé)嵋?guī)?；l(fā)展。
另一方面，我國(guó)地?zé)崮墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展初期扶持政策不充分，目前，中央和地方政府出臺(tái)了一些財(cái)政和價(jià)格鼓勵(lì)政策，對(duì)加快淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用及促進(jìn)北方地區(qū)清潔供暖具有積極引導(dǎo)作用，但政策不完善、執(zhí)行不到位、不充分。價(jià)格優(yōu)惠力度不足，地?zé)衢_發(fā)利用政策的針對(duì)性、強(qiáng)制性不強(qiáng)，需要政府的有效引導(dǎo)和激勵(lì)政策支持。
相關(guān)建議
開展地?zé)崮馨l(fā)電關(guān)鍵技術(shù)和成套裝備研發(fā)
開展中低溫發(fā)電技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性研究。150℃及以下溫度下開發(fā)地?zé)豳Y源發(fā)電的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性方面的機(jī)遇和挑戰(zhàn);開展可快速膨脹/壓縮的低成本、高效的中低溫地?zé)岚l(fā)電的新型工質(zhì)熱交換流體等。攻關(guān)干熱巖地?zé)崮馨l(fā)電關(guān)鍵技術(shù)和成套裝備;地?zé)崮馨l(fā)電與其他可再生能源一體化發(fā)展技術(shù)等，為今后地?zé)崮馨l(fā)電的規(guī)?；l(fā)展奠定技術(shù)儲(chǔ)備。
開展干熱巖高效開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究
由于干熱巖具有強(qiáng)度大、溫度高等特性，高效安全成井已成為干熱巖高效開發(fā)的技術(shù)瓶頸，亟待攻關(guān)。在研究干熱巖地質(zhì)特征和資源稟賦的基礎(chǔ)上，結(jié)合干熱巖的開發(fā)技術(shù)特點(diǎn)，解決深層、高溫、硬質(zhì)和易失穩(wěn)地層的鉆井問題。
開展單井抽回灌兩用系統(tǒng)研究
針對(duì)增強(qiáng)單井取熱能力的措施和新型單井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，開展同井采注、分支井增加換熱面積、大尺寸井眼換熱、激發(fā)井下擾流強(qiáng)化對(duì)流換熱等，多措施下提高換熱效率的研究工作。
開展降低成本提高鉆效的地?zé)徙@井工程技術(shù)研究
開展地?zé)嵘罹矌r中開展氣動(dòng)和液動(dòng)潛孔錘鉆井技術(shù)研究，包括鉆機(jī)、鉆頭和沖擊器等與巖石的適應(yīng)和匹配性;風(fēng)量、風(fēng)壓、鉆井液泵量、鉆壓等參數(shù)與鉆速、地下水出水量以及井壁的相關(guān)性;井壁穩(wěn)定等相關(guān)技術(shù)研究。
開展保護(hù)儲(chǔ)層的鉆井和完井工程技術(shù)研究
開展儲(chǔ)層保護(hù)的鉆井技術(shù)研究，特別是欠平衡(近平衡)鉆井技術(shù);提高井筒與儲(chǔ)層接觸面積的鉆完井技術(shù)，包括：定向鉆井技術(shù)、洗井技術(shù)和工藝、完井技術(shù)，包括射井、壓裂、爆破等。
地?zé)崮茏鳛樘N(yùn)藏在地球內(nèi)部的可再生能源，儲(chǔ)量豐富、分布較廣，有著穩(wěn)定可靠等優(yōu)勢(shì)。國(guó)家能源局印發(fā)的《關(guān)于促進(jìn)地?zé)崮荛_發(fā)利用的若干意見》中提出，到2025年，各地基本建立起完善規(guī)范的地?zé)崮荛_發(fā)利用管理流程，全國(guó)地?zé)崮荛_發(fā)利用信息統(tǒng)計(jì)和監(jiān)測(cè)體系基本完善，地?zé)崮芄┡?制冷)面積比2020年增加50%，在資源條件好的地區(qū)建設(shè)一批地?zé)崮馨l(fā)電示范項(xiàng)目，全國(guó)地?zé)崮馨l(fā)電裝機(jī)容量比2020年翻一番;到2035年，地?zé)崮芄┡?制冷)面積及地?zé)崮馨l(fā)電裝機(jī)容量力爭(zhēng)比2025年翻一番。
大力推動(dòng)清潔高效、節(jié)水環(huán)保的地?zé)崮芤虻刂埔恕⒂行蜷_發(fā)和綜合利用，對(duì)于促進(jìn)能源清潔低碳發(fā)展、推動(dòng)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，具有重要意義。
評(píng)論