地热开发利用要向深层进军

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地热开发利用要向深层进军

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http://www.sinopecnews.com.cn/xnews/content/2024-05/06/content_7094403.html

地热能作为重要的非碳基可再生能源，具有本土能源、稳定可靠、绿色低碳等优势。近年来，随着全球范围绿色低碳转型进程加速，以及可再生能源开发技术不断突破和规模应用，地热产业发展进入“快车道”。

新星公司位于河南兰考的职业学院地热站。陈鸣启摄

我国是世界第一大地热直接利用国，浅层和中深层地热的直接利用规模均居世界首位。2023年世界地热大会公布的数据显示，中国地热直接利用装机规模在全球占比达57.8%、利用热量在全球占比达56.1%。通过理论创新和技术突破，我国地热实现工程规模化应用，特别是中深层水热型地热资源供暖利用规模持续扩大，在北方清洁供暖和大气污染防治中发挥了重要作用。在干热岩及增强型地热系统开发方面，相继开展了钻探、热储改造及试验性发电相关工作。

现阶段，我国地热发电虽然发展较缓，但因其具备稳定基础载荷和调峰载荷的双重作用，有望在未来以新能源为主体的新型电力系统中发挥更大作用。

我国地热资源分布特点

受构造背景、岩浆活动、水文地质条件、地层发育等因素的综合影响，我国地热资源分布具有明显的规律性和地带性。从我国地热资源分布与用能需求的匹配来看，高温水热型地热资源集中分布于青藏高原及周边地区，但由于当地人口和工业规模较小，对地热开发需求不旺盛，在一定程度上限制了地热发电的发展。中低温水热型地热资源广泛分布于中东部地区，该区域集中了我国超过90%的人口，用能需求旺盛。目前，中东部地区发现的规模优质地热资源以适宜供暖的中低温水热型地热资源为主。随着近年来我国大力推进北方冬季清洁取暖，地热供暖产业发展迅猛。

地热利用现状

截至2022年底，我国地热直接利用折合装机容量100219.8兆瓦。其中，中深层水热型地热供暖利用折合装机容量50030兆瓦，占比49.94%，成为最主要的利用方式；浅层地热供暖（制冷）折合装机容量42320兆瓦，占比42.24%。地热年利用热量达828882万亿焦耳，占我国一次能源消费比重达5‰，相当于年替代标准煤2832万吨、减排二氧化碳7052万吨。地热利用在能源结构转型、绿色低碳发展中的作用日益凸显。

截至2022年底，我国浅层地热供暖（制冷）能力累计达到8.1亿平方米/年，基本形成完善的技术体系，进入规模化应用阶段，主要利用区域分布在东部平原地区，其中环渤海地区发展最好，其次为长江中下游平原。中深层地热供暖面积累计达到5.82亿平方米，其中70%以上集中在河北、河南、山东、天津、陕西、山西等地，在北方清洁供暖和大气污染防治中发挥了重要作用。

技术进展

近年来，我国地热勘探开发技术不断成熟，初步形成了中深层水热型地热资源勘探开发技术体系。在地热勘探方面，形成了聚焦隆起、凸起区寻找优质碳酸盐岩地热资源的勘探思路和不同尺度的选区评价方法。在地热开发方面，形成了以三维地质建模为手段的热储评价技术、以多场耦合传热机理为基础的地热可持续开发技术及“取热不耗水”配套关键工程技术。

面临的挑战

地质条件复杂。我国及邻区是全球显生宙地质结构和发展历史最复杂的地区。相比北美以加拿大地盾为中心，大陆逐渐向外围增生，主体在晚前寒武纪之前已形成；我国受古亚洲洋、特提斯、太平洋三大全球性动力体系的作用，主要板块在印支期至晚侏罗世—早白垩世才完成拼合。漫长的地质演化及周缘与多个板块的长期相互作用，使得我国不同区域深部动力学过程不同，多阶段的地球动力体系叠加、复合，盆地类型多样、结构复杂。

资源富集机理不清。地热资源分布受深部动力学背景和构造活动控制明显，复杂的大地构造背景和演化过程导致我国地热系统类型多、成因复杂，资源条件差异大、非均质性强。我国大部分地区远离板块边缘，大地热流值较低，新生代岩浆活动较弱，板缘高温地热资源富集理论不适用，不同类型地热系统构成要素形成机制及主控因素不清、干热岩高品质资源分布规律不明，资源预测缺乏成熟的理论指导，增加了地热资源勘探开发难度。

工程技术不适应。我国人口密集、用能旺盛的中东部地区板块内部高温地热资源埋深大、工程地质条件复杂、勘探开发工程技术难度大。对比美国不同深度地层温度，我国大陆中东部地区地层温度普遍较低。以5500米深度为例，美国西部大部分地区温度均超过175摄氏度，而我国除西藏、青海共和盆地、琼北等少数地区外，普遍在75~150摄氏度，要获取高温地热资源需要钻探的深度更深。深层热储尤其是干热岩具有高温、高硬度、高应力、高致密的“四高”特征，热储高效换热裂缝网络创建及井下取热等关键技术是世界性难题，我国尚在探索阶段。

未来发展方向

加强基础理论研究，摸清我国地热资源家底。以华北、松辽、江汉、鄂尔多斯、苏北等盆地（平原）为重点，尽快查明水热型地热田的地质条件、热储特征、地热资源潜力，评价可采资源潜力，为合理开发利用提供依据。加快深部地热资源探测和开发技术攻关，为干热岩型地热规模化、商业化开发利用做好准备。

加强多技术综合应用，提高地热勘探的精度和效率。目前我国开展了大量综合物探方法的地热勘探项目，取得较好成果。地热勘探涉及多个学科领域，未来的发展方向是将多个技术手段综合应用，并将人工智能、大数据分析等技术引入地热勘探中，实现对大量勘探数据的高效处理和分析，更准确地确定地热资源的分布和性质，提高勘探效率和准确性。

向资源品质更高、应用范围更广的深层地热领域进军。我国需结合资源与用能特点，深化高温地热资源成因理论研究，特别是厘清我国中东部深层优质地热资源的富集机理与分布规律，丰富和发展地热勘探理论体系，以指导优质资源勘探突破。干热岩资源储量巨大，相较高温水热型地热资源分布范围更广，应用前景广阔，是深层地热领域的重点突破方向。一旦取得突破有望大幅拓展我国地热资源有利区的范围，可用于地热发电、工业利用、高温制冷等领域。干热岩增强型地热系统工程开发利用难度大，可转移和创新应用目前的油气资源勘查、钻完井、储层改造等技术，开展干热岩多分支井、鱼骨井、最大储层接触钻井等复杂结构井，以及复杂立体缝网造储、U形井换热等技术攻关，力争突破干热岩高效开采瓶颈，实现采热效果最大化和干热岩资源高效、稳定、安全供能。

推进“地热＋”多能源协同，因地制宜培育利用示范区。通过地热梯级综合利用、油田余热综合利用等模式进一步扩大现有区域和油田企业地热利用规模。开展地热与其他能源的协同开发利用，促进地热与太阳能、风能等清洁能源的互补发展，建立“地热＋”多能源协同示范区，探索太阳能-地热供暖、风能-地热发电等多能源协同利用技术，实现能源的高效利用和综合效益提升。地热与多元可再生能源耦合技术研究方向主要集中在分布式能源站集成技术、太阳能-地热耦合发电技术，以及以风能、水能为主要耦合能源的多微网与配电网耦合技术，要加快地热能多能耦合技术研发和创新应用，推动地热利用提质升级。建立政府、项目建设方、科研院所、高校、企业等多方合作机制，促进科研创新成果的转化和应用。

研究和争取支持政策，形成优势发展环境。国家层面应建立健全地热政策法规体系，加强地热技术研发和产业发展规划的顶层设计、实施监管和政策支持。出台地热产业的财税、金融、用地等优惠政策，鼓励各类资本进入地热产业领域。推动将地热纳入可再生能源消费总量统计，实施地热利用项目碳资产认证。加强地热的宣传推广和示范应用，提高社会对地热的认知和接受程度。加强地热产业监管和保护，规范地热矿业权设置和管理，建立完善准入制度和监管机制，促进地热产业健康、规范、可持续发展。

2000~2022年我国地热供暖（制冷）面积示意图 2022年我国地热直接利用结构图