今年9月15日至17日，第七屆世界地熱大會將在北京舉辦。這是中國首次承辦世界地熱大會。地熱能是重要的非碳基可再生能源，具有本土資源、穩(wěn)定可靠、綠色低碳等優(yōu)勢。我國地熱資源量約占全球的1/6，是統(tǒng)籌做好保障能源安全與綠色低碳轉型發(fā)展的獨特資源。在近日中國石化舉辦的科技創(chuàng)新未來發(fā)展論壇上，中國工程院院士孫煥泉全面分析了國內(nèi)外地熱資源及開發(fā)現(xiàn)狀，深入剖析了地熱勘探開發(fā)面臨的挑戰(zhàn)，展望了地熱資源未來發(fā)展方向。本版整理刊發(fā)相關內(nèi)容，敬請關注。

本版文字由 本報記者 馬 玲 整理

產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，地熱供暖為主

地熱能是重要的非碳基可再生能源，具有本土資源、穩(wěn)定可靠、綠色低碳等優(yōu)勢。我國地熱資源量約占全球的1/6，是統(tǒng)籌做好保障能源安全與綠色低碳轉型發(fā)展的獨特資源。

2022年6月，國家九部門聯(lián)合發(fā)布《可再生能源發(fā)展“十四五”規(guī)劃》，提出積極推進中深層地熱能供暖/制冷、全面推進淺層地熱能開發(fā)、有序推動地熱能發(fā)電發(fā)展，地熱能規(guī)?；_發(fā)呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展態(tài)勢。近日，國務院國資委又著眼前沿性、顛覆性技術領域，啟動中央企業(yè)未來產(chǎn)業(yè)相關工作，將深層地熱能開發(fā)與利用納入未來空間產(chǎn)業(yè)總體布局。

地熱資源按溫度分，90~150攝氏度屬于中溫地熱，150攝氏度以上屬于高溫地熱；按深度分，200米以淺是淺層地熱，200~3000米是中深層地熱，3000米以深是深層地熱；按類型分，主要有水熱型地熱和干熱巖型地熱。

全球地熱能資源量是煤炭資源量的數(shù)萬倍，目前年直接利用量為28.4萬吉瓦時，折合1億多噸標準煤。淺層地熱、中深層水熱型地熱供暖/制冷是目前地熱能直接利用的主要方式。

我國高溫地熱資源多呈點狀分布，中低溫地熱資源分布廣泛。中深層水熱型地熱資源總量相當于1.25萬億噸標準煤，3~10千米埋深的地熱資源超過856萬億噸標準煤。高溫水熱型地熱資源集中分布于青藏高原及周邊地區(qū)，用能需求相對較少，東部地區(qū)尚無規(guī)模勘探發(fā)現(xiàn)；中低溫水熱型地熱資源廣泛分布于中東部，區(qū)域人口密集、用能需求旺盛，更適宜規(guī)模發(fā)展地熱能直接利用。

我國大力發(fā)展地熱能直接利用，產(chǎn)業(yè)規(guī)模快速發(fā)展。截至2020年底，地熱能直接利用折合裝機容量超過4萬兆瓦。其中，淺層地熱占比65%、中深層地熱占比35%。地熱供暖成為中深層地熱能直接利用的最主要方式。

我國淺層地熱供暖/制冷面積約8.1億平方米，年減排二氧化碳超過2000萬噸，已基本形成完善的技術體系，進入規(guī)模化應用階段；主要利用區(qū)域分布于中東部平原地區(qū)，其中，環(huán)渤海地區(qū)發(fā)展最好，其次為長江中下游平原地區(qū)。中深層地熱供暖面積累計達到5.82億平方米，年減排二氧化碳超過2000萬噸，在北方清潔供暖和大氣污染防治中發(fā)揮了重要作用。河北、河南、山東、天津、陜西、山西等地，是水熱型地熱供暖的主要區(qū)域。

深化基礎研究，創(chuàng)新工程技術

我國地熱資源勘探開發(fā)面臨嚴峻挑戰(zhàn)。首先是地質(zhì)條件復雜。我國大地構造背景復雜，多階段的地球動力體系疊加、復合，復雜的地質(zhì)演化造成盆地類型多樣、結構復雜。其次是富集機理不清。我國地熱系統(tǒng)類型多、成因復雜，不同類型的地熱系統(tǒng)構成要素不清，干熱巖高品質(zhì)資源分布規(guī)律不明，資源預測缺乏相關的理論指導。再次是工程技術不適應。我國以板塊內(nèi)地熱資源為主，大地熱流值較低，新生代巖漿活動較弱，優(yōu)質(zhì)資源埋藏深度大，對工程技術提出更高要求。

直接取熱是世界性難題。我國發(fā)揮在油氣領域的技術優(yōu)勢，開展地熱關鍵技術系統(tǒng)攻關。在基礎研究方面，揭示了地熱系統(tǒng)形成機制。地熱資源總體分布廣泛，但富集需要有利的熱源、熱儲和蓋層配置。對于水熱型地熱資源來說，還要具備水源和地熱水運移通道。相較于常規(guī)油氣局部圈閉成藏的特點，尋找熱量聚集的“甜點”是地熱資源勘探的重點。

熱源是優(yōu)質(zhì)地熱資源形成的核心要素。熱儲要具有良好的導水導熱能力和儲水空間，盆地尺度的地下水循環(huán)通過熱對流控制熱量聚集，巖層的導熱能力通過熱傳導控制熱量聚集，熱量優(yōu)先向高熱導率的熱儲聚集。深大斷裂、區(qū)域斷裂及熱儲內(nèi)部儲集空間的發(fā)育，能夠形成良好的水熱對流能力，更好地將深部儲層的熱量帶至淺部。

有效蓋層是減少熱散失和熱量保存的必要條件。低熱導率巖層構成了有效蓋層，良好的保存條件與熱儲條件相配合，能夠確保優(yōu)質(zhì)地熱資源形成。儲蓋熱導率差別越大，隆起頂部聚熱效果越明顯，具有一定厚度蓋層的“洼中隆”頂面，更有利于地熱資源富集。找到埋藏淺、裂縫發(fā)育程度高的優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖熱儲是重點。在聚焦隆起、凸起區(qū)尋找優(yōu)質(zhì)地熱資源“上山”找水勘探思路的指導下，我國在渤海灣盆地牛駝鎮(zhèn)凸起上的雄縣、滄縣隆起上的獻縣等優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖中找到了高品質(zhì)的地熱資源。

熱量在地層中的傳遞主要有熱傳導和熱對流，在基巖中，主要是通過熱傳導方式進行傳熱，是從固到固的傳熱路徑；在裂縫中，主要是以熱對流的方式進行傳熱，是從固到液、從液到液、從液到固的傳熱路徑。科研人員針對碳酸鹽巖熱儲縫洞的發(fā)育和滲流特征，提出對應的滲流和熱傳導表達式，建立縫洞滲透率與方向、密度的關系，形成了地熱資源選區(qū)評價技術，落實了優(yōu)質(zhì)資源靶區(qū)。

科研人員基于地熱系統(tǒng)成因及資源富集機理的認識，形成了從盆地級到區(qū)帶級再到靶區(qū)級的不同尺度目標優(yōu)選原則。盆地優(yōu)選，瞄準我國東部地區(qū)渤海灣盆地、南華北盆地、汾渭地塹等斷陷盆地；區(qū)帶優(yōu)選，聚焦盆地間的隆起和盆地凹陷間的褶皺、凸起；靶區(qū)優(yōu)選，從埋深、斷裂條件、儲層發(fā)育、富水性、非均質(zhì)性等方面作出評價。

在此基礎上，中國石化建立了地熱勘探開發(fā)數(shù)據(jù)庫及應用平臺，為資源與選區(qū)選址評價、數(shù)據(jù)資源集成等提供應用支持。

地熱資源的形成和富集不受圈閉控制，熱儲描述范圍大，井段長。中國石化發(fā)展熱儲描述技術，實現(xiàn)熱儲精細刻畫。基于雄安新區(qū)熱儲描述成果，先后實施探井3口，均取得成功，落實了重點區(qū)域地熱資源潛力，明確了不同地區(qū)單井供暖能力，為后期地熱開發(fā)方案編制提供了技術支撐。

地熱能開發(fā)具有周期性、大流量、以灌定采和高效傳熱的特點，中國石化創(chuàng)建地熱能可持續(xù)開發(fā)技術，形成具有自主知識產(chǎn)權的地熱系統(tǒng)數(shù)值模擬軟件，制定地熱可持續(xù)開發(fā)技術參數(shù)，實現(xiàn)穩(wěn)定高效開發(fā)。咸陽地熱田已穩(wěn)定開發(fā)25年，雄縣地熱田已穩(wěn)定開發(fā)14年。

中國石化創(chuàng)新“取熱不耗水”等一系列工程技術，實現(xiàn)安全低成本開發(fā)?！叭岵缓乃笔侵笩嵩磦群陀脩魝葍商转毩⒀h(huán)系統(tǒng)，熱源側地熱水與用戶側循環(huán)水不直接接觸，間接換熱利用。用戶側循環(huán)水獲取熱能后泵送至用戶端，熱交換后的地熱水至回灌井同層回灌，整個系統(tǒng)閉式循環(huán)，保障可持續(xù)開發(fā)。

從應用成效看，中國石化累計建成中深層地熱供暖能力超過8500萬平方米，預計2023年底突破1億平方米，助推我國中深層地熱供暖產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，供暖面積累計達到5.82億平方米。

基于自主技術，中國石化創(chuàng)建了地熱開發(fā)利用“雄縣模式”，建成我國第一座地熱清潔供暖無煙示范城，在雄安新區(qū)建成供暖能力超1000萬平方米，年減排二氧化碳超30萬噸，相當于植樹17.5萬棵。2021年7月，雄安地熱項目列入國際可再生能源機構全球推廣項目名錄。通過示范推廣，中國石化先后建成了河北容城、陜西武功、河南清豐等10座地熱供暖無煙城，帶動了京津冀及周邊地區(qū)地熱產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展。

進軍深層領域，推進多能協(xié)同

“十四五”以來，國家、?。▍^(qū)、市）層面地熱產(chǎn)業(yè)相關規(guī)劃及政策相繼出臺，通過規(guī)劃及政策引領，地熱產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)擴大。

2021年，國家能源局等八部門聯(lián)合發(fā)布《關于促進地熱能開發(fā)利用的若干意見》，提出到2025年，地熱能供暖/制冷面積比2020年增加50%；到2035年，地熱能供暖/制冷面積及地熱能發(fā)電裝機容量比2025年翻一番。2022年，國家發(fā)展改革委等九部門聯(lián)合發(fā)布《可再生能源發(fā)展“十四五”規(guī)劃》，提出到2025年，地熱能供暖等非電利用規(guī)模在6000萬噸標準煤以上。

中國石化全力支持雄安新區(qū)建設，繼續(xù)加快推進北方地熱供暖業(yè)務，積極布局南方夏熱冬冷地區(qū)供暖/制冷業(yè)務。規(guī)劃到“十四五”末，地熱供暖能力累計達到1.6億平方米，在京津冀、黃河流域、長江流域及南方地區(qū)，抓緊培育市場、建設示范項目，發(fā)揮引領作用，形成規(guī)模發(fā)展。

深層地熱資源開發(fā)屬于國際學術技術前沿，世界各國普遍將深層地熱資源視為重要的接替資源。美國、歐盟均設立了國家計劃項目，長期大量投入，通過國家實驗室組織攻關干熱巖等深層地熱資源選區(qū)評價、高效鉆井、壓裂和監(jiān)測等前沿技術。

我國需結合資源與用能特點，深化高溫地熱資源成因理論、前瞻布局非水介質(zhì)傳熱導熱機理等基礎理論研究，尋找中東部深層優(yōu)質(zhì)地熱資源的富集機理與分布規(guī)律，探索二氧化碳等介質(zhì)代替水作為熱儲改造和取熱介質(zhì)的可能性。

深層高溫熱儲勘探開發(fā)是新領域。特別是干熱巖，具有資源儲量巨大、熱儲能量密度大、技術門檻高、開發(fā)利用難度大等特點，美國麻省理工學院把它視為美國地熱能的未來。我國緊跟前沿開展研究，著力開發(fā)高溫地熱和干熱巖，向資源品質(zhì)更高、應用范圍更廣的深層地熱領域進軍，近年來設立的地熱領域國家級重點研發(fā)項目全部瞄準深層地熱。中國石化正實施國家重點研發(fā)計劃，配套部署華南5000米深地熱探井，有望打開南方地區(qū)深層地熱發(fā)電——制冷新場景。

推進“地熱＋”多能協(xié)同。地熱水溫度在90攝氏度以上時，可進行發(fā)電——工業(yè)供熱——建筑供暖/制冷——農(nóng)業(yè)利用等多形式的梯級組合利用，實現(xiàn)資源利用的最大化，提高地熱資源利用率。地熱+油田余熱綜合利用，可為油田熱采、原油伴輸、油田區(qū)清潔用能等方面提供用熱需求，加速油田綠色轉型；地熱+風光+氫能，可加速形成多元驅動的新能源發(fā)展格局，打造綠色綜合能源發(fā)展基地。地熱+儲能，具有高能量儲存容量和高儲能效率的優(yōu)勢，如能有效解決地熱巖土儲能熱損失、效率衰減等問題，將大規(guī)模消納非穩(wěn)定可再生能源，有效解決季節(jié)性供需不匹配問題。

美國、土耳其等國家已出臺支持地熱能相關法案，帶動了地熱產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。我國尚無針對地熱的專門立法，亟須研究和爭取政策支持，形成優(yōu)勢發(fā)展環(huán)境，推動地熱產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量快速發(fā)展。