独家 | 曹耀峰院士：地热春天即将到来

独家 | 曹耀峰院士：地热春天即将到来

相较于2015年设定的目标，我国在地热开发方面尚存较大不足，而其发展潜力却十分可观。在我国将绿色发展理念提升至前所未有的战略地位之际，地热资源开发正迎来一个具有里程碑意义的发展契机，地热产业的春天指日可待。

化石能源推动了工业文明的进步，然而，它也让人类陷入了所谓的“黑色困境”——那就是日益加剧的环境和气候挑战。经过30余年的迅猛发展，我国面临的环境问题愈发显著，迫切需要通过多元化的能源供应来转变对化石能源的过度依赖。

我国能源规划设定的目标中，2020年非化石能源占比需从当前的8.4%提升至15%。地热作为一种可再生且清洁的能源，其特点包括储量充沛、分布广泛、应用领域广泛、稳定性佳且能够循环使用，不受季节、气候、昼夜等外部条件的影响，因而正逐渐成为具有强大竞争力的新能源。

中国地热资源利用概况

地热资源可根据其埋藏的深浅，划分为浅层地热能、中深层地热能以及干热岩地热能三个类别。我国地热资源丰富，全球总量的六分之一均在我国，其中浅层地热能资源每年可媲美95亿吨标准煤，目前每年能够利用的量达到3.5亿吨，从而减少5亿吨二氧化碳排放；中深层地热能资源量相当于8530亿吨标准煤，目前每年可利用6.4亿吨，相应减少13亿吨二氧化碳排放；至于干热岩资源，其量相当于860万亿吨标准煤，目前尚处于研发阶段。

地热能资源在埋藏深度和分布区域方面，大多集中在200米以下，其中，利用条件优越的适宜区域主要集中在东北地区的南部、华北地域、江淮流域以及四川盆地；而中深层地热能，即常规地热能，通常位于200至3000米之间，并分为对流和传导两种类型。滇藏和台岛地区以高温对流型地热资源为主，东南沿海及胶辽地区则以中低温对流型为主，而中低温传导型地热资源则主要集中在大中型沉积盆地。至于干热岩（增强性地热），其埋藏深度通常在3000至10000米之间，主要分布在西藏，其次是云南、广东、福建等东南沿海省份以及山东、陕西的部分地区。

我国在开发地热资源方面主要分为发电与直接应用两大领域。其中，高温地热资源主要被用于发电项目；而中低温地热资源则更侧重于直接应用，特别是对于温度低于25摄氏度的浅层地热能独家 | 曹耀峰院士：地热春天即将到来，我们可以通过地源热泵技术来实现供暖与制冷的需求。

以天津和河北等地为示范的地热供暖项目，以及以北京和东南沿海地区为主的温泉旅游和疗养设施，均直接利用了中深层地热资源。据预测，到2015年年底，我国中深层地热供暖的覆盖面积将扩展至1亿平方米。我国在地热发电领域取得了显著成就，已相继在广东丰顺、河北怀来、江西宜春、湖南灰汤、辽宁熊岳、广西象州以及山东招远等地设立了多个中低温地热发电站，同时，在西藏羊八井成功建设了中高温地热发电站。

由于发电效率与经济效益等因素，目前只有广东的丰顺和西藏的羊八井仍在进行地热发电。尽管我国在直接利用地热资源方面多年来一直位居全球前列，但地热发电的发展却相对滞后。截至2014年底，我国地热发电的总装机容量仅为27.28兆瓦，在全球排名第18位，这一排名与我国作为地热资源大国的地位并不相称。

2014年年末，我国地热资源的直接利用领域迎来了喜人的转变。地源热泵的应用比例上升至58%，地热供暖的占比达到19%，这一数字首次超过了18%的温泉洗浴使用率。由此可见，地热开发的能源价值和技术的优势正逐步显现。

地热开发利用技术亟待提升

鉴于我国地热资源尚未得到充分应用的实际状况，加强和改进其开发与利用的技术手段显得尤为迫切。

我国在开发利用地热资源方面，掌握了一门融合多学科知识的综合性技术，这一技术涵盖了资源勘探与评估、钻井及成井工艺、尾水再利用、多级梯级开发、高效运作管理、保温与热交换、防腐蚀与除垢以及热泵发电等多个技术环节。

当前，我国在实施地热资源开发与利用技术方面，主要依托国家地热能中心、中国科学院等众多科研组织，以及石油大学、地质大学等高等学府。这些机构陆续推进了地热技术的研究与开发，并已初步构建了一套符合我国地热资源特性的技术框架，为地热资源的勘探与开发提供了实践指导。

地热资源的勘探技术与资源评估方法在我国当前的勘探与评估工作中发挥了显著效用。勘探技术主要采用电法和大地电磁法，这些方法在西藏、天津、北京、陕西、河北、河南、山东、四川以及新疆等地对地热资源的勘探工作中得到了广泛实施。

地热资源评估技术中，热储体积法最为成熟。2009年，国土资源部启动了《全国地热资源潜力评估》项目。2014年11月，该项目成果正式公布，明确了地热开发的有利目标区域。

根据不同深度的要求、地层的特性以及岩石的性质，我们发展出了多样化的热储井井身结构优化方案，以及低密度流体的钻井技术。同时，我们还建立了热储层物理特性的录井、测井方法，以及有效储层评价的工艺技术体系。中石油与中石化在肯尼亚的OLKARIA地区开展施工，成功开凿了一组高温地热井，其中地层最高温度记录达到了350摄氏度。这些井的钻井过程中，初步建立了包括高温定向钻井技术、井筒降温措施、钻头选型优化以及空气泡沫钻井液应用在内的一整套高温地热井钻井技术体系。

地热尾水回灌技术，作为推动地热资源可持续利用的有效手段，已在全球范围内得到广泛实施。它在保护地热资源、降低资源损耗、延长生产井的使用年限以及减轻环境污染等方面发挥着至关重要的作用。

在开发与利用地热资源的过程中，若不实施回灌措施，便可能引发二次污染问题，同时地下资源有被过度开采的风险；然而，若能有效运用回灌技术，地热资源将源源不断，用之不竭我国地热水资源分布，由此可见回灌技术在其中的关键作用。

我国境内，中国石化在回灌技术领域处于领先地位，成功实现了对灰岩热储层的全面回灌，同时在砂岩底层的回灌工作中也取得了重要的阶段性进展。山东商河与乐陵的试验井回灌率已超八成，陕西咸阳亦在进行回灌实验；其中，文林2号井的回灌系统已荣获国家专利局颁发的“砂岩地热尾水经济回灌系统”专利，连续两个采暖季自然回灌量稳定在每小时100立方米以上，最大瞬时回灌量可达每小时148立方米，回灌率更是高达百分之一百。

梯级利用技术主要遵循“按需分配，逐级利用”的能源理念，实现了地热能的梯级应用，包括地热发电、建筑的高效供暖和制冷、工农业的生产活动以及温泉的沐浴，从而显著提升了地热能的转换和利用效率。

简单来说，每个阶段都要将地热资源彻底开发和利用，力求资源最大化。以我们的热储为例，在100至110摄氏度范围内，发电效率并不理想，但我们在发电之后，还能用于地板散热，甚至可以用于养殖和种植我国地热水资源分布，构建起一个完整的梯级利用产业链。通过这种方式，效率显著提升，极大地增强了地热能的转换效率。

除此之外，地热资源的开发与利用涉及多种技术，诸如储能技术，包括冰储能、水蓄冷以及热能储存等。同时，还包括循环技术、能效显著的供热技术以及地下水防冻技术。

地热产业发展状况——以中石化为例

中国石化在涉足地热行业的众多企业中，起步较早且发展相对成熟，其发展模式在很大程度上体现了我国在地热资源开发利用方面的实际情况。

资料显示，自2006年往后，中石化的地热利用项目发展迅猛我国地热水资源分布，其规模几乎每年都实现翻倍增长。该公司提供的中深层地热供暖面积已达到4000万平方米，这一数字占据了全国同类供暖面积的四成。每年，中石化通过地热供暖可替代标准煤120万吨，同时减少二氧化碳排放量300万吨，现已成为我国地热开发领域规模最大的企业。

2013年2月，中石化决定将地热产业作为独立板块进行全面规划，充分利用上下游产业链的整合优势，并明确新星公司作为清洁能源领域的专业公司的战略定位。

分析其地热发展历程，我们发现中石化的模式具备以下几大特征：首先，在市场布局上，它由小及大，逐步扩大覆盖范围；其次，在应用领域上，它从单一的供暖功能拓展至多元化的产业链；再者，在业务属性上，它承载着国家战略的重要使命；最后，在发展模式上，它成功塑造了企业与地方合作的新模式。

新星公司基于与陕西咸阳、河北雄县等局部区域的地热资源合作开发，成功构建了一个覆盖全国的市场新框架。截至目前，中石化已与5个省、19个市、34个县（区）达成了地热资源开发合作意向。合作开发的地热资源区域已涵盖北京、陕西、河北、河南、山东等14个省份。北京市地勘局、广东省地矿局等八家地矿机构以及国内多家地热研究机构（包括研究所）均与我方达成了战略协作的协议。

在中石化体系内，胜利油田、中原油田、石家庄炼化、镇海炼化等均达成了战略协作。地热业务板块已遍布各油田，其中部分由新星公司负责运营，部分则可视为地方与国有混合所有制企业。从内部分析，炼化企业在这一领域蕴藏着巨大的发展潜力。

横向拓展上，我们正从单一的“地热能”利用转向多种“热能”的广泛运用，涉足油田、钢铁、炼化等行业中的余热和废热发电、供暖等多个领域。纵向发展上，产业链也在不断延伸，从传统的供暖业务拓展至发电、现代高效农业等多元化产业。

中国石化在地热科研领域完成了从单一业务向承担国家地热产业跨越式发展重任的转变，一方面，国家地热研究中心设立于中石化，另一方面，中石化构建起了自己的地热技术创新体系。

首先，国家决定设立国家地热中心。鉴于中石化是国内最大的地热产业企业，并且拥有丰富的研发实力，国家将组建国家地热能源开发利用研究和技术推广的重任交给了中石化的新星公司，即国家地热能中心。这个中心实际上是一个专门推动地热资源开发与利用的技术研发和推广平台。展望未来，该中心将发展成为一个由一个平台和五个系统组成的信息化综合利用体系。该平台涵盖了技术及项目信息化效率的监测等多个方面，已然成为我国地热产业信息发布的权威机构。

其次，关于地热创新技术体系的建设，该体系遵循产、学、研相结合的发展路径。在近几年里，中国石化重点构建了四大技术体系，分别涉及地热勘探、地热开发、地热利用以及干热岩的开发与利用。

在地热资源的开发利用中，中石化携手保定市雄县政府，共同开创了地热资源开发领域的政企合作新模式，称之为“雄县模式”。该模式为全国首创，雄县也因此成为了我国首个无烟城市。经过六年的运营与建设，目前该模式的地热供暖面积已达381万平方米，城区内地热集中供热已实现全面覆盖。

中国地热发展潜力与展望

面对环境污染和气候变化的挑战，我们亟需转变发展模式，这迫切要求我们调整能源结构。我国已将绿色发展提升至前所未有的战略地位。地热能的开发利用正迎来前所未有的发展机遇，地热的春天即将到来。

依据国家能源局及相关部门发布的《关于推动地热能开发与利用的指导性文件》，2015年前，地热能供热和制冷的覆盖面积预计将扩展至五亿平方米，地热发电的装机规模力求突破至十万千瓦，年消耗量力争达到两千万吨标准煤；展望到2020年，地热能的开发与利用总量目标设定为五千万吨标准煤。

相较于2015年设定的目标，我国在地热资源的开发上尚存在较大不足，同时，地热资源的开发潜力却十分可观。

从国家层面的大规模规划视角出发，地热资源的开发利用前景同样充满希望。以我国城镇化进程中的城市建设为例，城镇建筑总面积已突破500亿平方米，对供暖和制冷的需求量更是超过了100亿平方米。然而，目前实际采用地热进行供暖制冷的面积仅有约4亿平方米，地热发电的装机容量也仅有2.78万千瓦。由此可见，地热能的市场潜力巨大。

我国地热产业已形成以中石化等大型企业为领导的市场架构，其开发的有利条件十分清晰。考察其发展路径，中石化设立了新星公司，专注于新能源领域。该公司致力于地热能品牌的建设，以海外工程服务为后盾，依托中国石化在整体上中下游的竞争优势，推动太阳能、生物质能等新能源的综合开发，并构建了地热与新能源综合应用的产业链。

除此之外，中国石化还将着手实施“地热能、废热能以及分布式光伏发电”相结合的新型能源站建设项目，致力于研究多种新能源的优化搭配，并寻求与传统能源相互配合的综合利用途径。

从外部有利条件分析，中石化能够借助国家电网的规划布局，着手开发三北地区的新能源项目。举例来说，国家电网公司依照国家能源规划的相关要求，于2015年启动了锡盟至南京、张北至南昌、蒙西至长沙的特高压电网建设，并且正在规划蒙西至天津南、榆横至潍坊等特高压输电线路项目。凭借这些资源优势，新星公司在新疆、内蒙古、宁夏等地积极发展太阳能和风能产业，并致力于风光互补项目的实施。

本刊记者徐沛宇与实习记者刘娟独家 | 曹耀峰院士：地热春天即将到来，基于中国工程院院士曹耀峰的内部讲话内容，进行了整理汇编。