地热能源：未来新能源的主力军

地热是来自于地球内部的一种绿色低碳、可循环利用的可再生能源，具有储量大、分布广、清洁环保、稳定可靠等特点。我国地热资源丰富，市场潜力巨大，发展前景广阔。开发利用地热能不仅对调整能源结构、节能减排、改善环境具有重要意义，而且对培育新兴产业、促进新型城镇化建设、增加就业均具有显著的拉动效应。地热与其他可再生能源互补综合利用，可提高能源使用效率，形成“地热+”。

据国家地热能中心初步统计，近10年来，我国水热型地热能直接利用以年均10%的速度增长，截至2020年底，我国地热能供暖面积累计达到约13.9亿平方米，折合年替代标煤3710万吨。2021年，国家能源局联合有关部门印发相关文件明确提到，到2025年地热能供暖面积相较2020年增长50%，到2035年，地热能供暖面积比2025年再翻一番。

什么是地热

据目前研究，地球内部的热量有两种主要来源，一种来自于地球形成早期残留下来的热量，另外一种是地球内部铀钍钾等放射性元素衰变形成的热量，这些热量聚集在地球内部并且通过热传导和热对流两种主要形式源源不断地向地表传递，就形成了可供我们人类开发利用的地热能了，未来新能源行业发展前景必定是上升趋势。

地热资源按深度划分为浅层、中深层和深层地热资源。浅层地热深度范围一般为200米，包括土壤层及浅层含水层。中深层地热资源一般介于200米和3000米之间。深层地热资源埋深通常超过3000米。

目前可利用的地热资源主要包括：通过热泵技术开采利用的浅层地热能、天然出露的温泉、通过人工钻井直接开采利用的地热流体以及干热岩体中的地热资源。我国地热资源种类繁多，考虑地质构造特征、热流体传输方式、温度范围以及开发利用方式等因素。

人类很早以前就开始利用地热能，例如利用温泉沐浴、医疗，利用地下热水取暖、建造农作物温室、水产养殖及烘干谷物等。但真正认识地热资源并进行较大规模的开发利用却是始于20世纪中叶。在当今人们的环保意识日渐增强和能源日趋紧缺的情况下，对地热资源的合理开发利用已愈来愈受到人们的青睐，现在，全国已经有越来越多的新能源行业平台入驻。

地热的类型

根据地热资源的性质和赋存状态，可将地热系统分为蒸汽型、热水型、地压型、干热岩型和岩浆型5种类型。蒸汽型和热水型统称为水热型，是目前开发利用的主要对象；地压型在自然界中较为少见，但其能量潜力巨大，除了热能以外，往往还储存有甲烷之类的化学能及高压所致的机械能，有较大的利用价值；干热岩型和岩浆型类潜在价值也很大，但其开发利用也有待于地热开采经济技术条件的提高。

蒸汽型。蒸汽型地热资源是指地下以蒸汽为主的对流热系统，以生产温度较高的蒸汽为主，其中夹杂少量其他气体，系统中液态水含量很低甚至没有。该类地热田的蒸汽出露地表后压力均高于当地大气压力，其温度至少等于饱和温度。在饱和状态下，汽水两相共存，此时蒸汽部分称饱和蒸汽；当温度超过饱和点时，蒸汽称过热态蒸汽。处于饱和态和过热态的蒸汽都属于地热干蒸汽。

热水型地热资源是指地下热储中以水为主的对流热液系统，此类地热田又可按温度的高低分为:高温（大于150℃）地热田、中温（90℃~150℃）地热田以及低温（小于90℃）地热田。冰岛雷可雅未克、墨西哥赛罗普列托、法国莫伦、匈牙利盆地等以及我国绝大多数地热田都属于热水型地热田。

地压型地热资源是指热储层埋深在2千米~3千米以下，新近纪滨海盆地碎屑沉积物中的地热资源。由于热储上覆盖层压力超过了静水压力，井口压力可达28~42MPa，温度一般在150℃~180℃之间，更深处甚至可达260℃。该类热储流体的能量由其中所含的热能、烷烃气体化学能以及异常高的压力势能三部分组成，因此它既是一种热能资源，也是一种水能资源，而且热流体中所溶解的甲烷、乙烷等烷烃气体，常常还可作为副产品回收利用。

干热岩体型地热是储存在地球深部岩层中的天然热能。由于深埋于地下1600米或更深，温度高、含水少，开采此种能源的方法之一是直接采热，这一设想最初由美国新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验研究所的研究人员于20世纪70年代提出。有的国家还采用对偶井利用人工流体进行采热，即在一定距离内打两口深度大致相当的钻井，从其中一口注入或压入冷水。任其在干热岩体裂隙中渗透吸热，之后从另一口井回收热流体加以利用。据估计，美国在可及钻探深度内的干热岩有用热量，可供其5000多年的能源需求。此种能源具有良好的应用前景，目前我国此方面的研究工作尚处于初级阶段，还有很长的路要走，那么，哪个新能源平台靠谱，这个值得我们更深入的了解和发现。

岩浆型地热资源是指蕴藏在熔融状和半熔融状岩浆体中的巨大能源资源，这类地热资源的热能寓于侵入地壳浅部的岩浆体或正在冷却的火山物质等热源体中，温度600℃~1500℃，主要分布于一些多火山地区，埋深大多在可钻深度以下，在当前的技术经济条件下，尚无法接开发利用。美国、日本等国已开展了大量的试验工作，研究岩浆体钻井、直接放置换热器和热电转换设备等技术，并研究和论证利用岩浆型地热资源发电的可行性。为了直接从熔融岩浆体中获取热能，首先需采用地质、地球化学、地球物理等多种方法和手段，查清熔融岩浆体所在位置、埋藏深度及其形态和规模；其次，需研制开发能直接放入炽热的熔融岩浆体的换热器以及能抗高温、高压和耐腐蚀的材料等。

地热能技术实现新突破

中国地质大学（武汉）博士生导师郭清海将地热能的特点归纳总结为三个词，第一个词是新能源，当前正处在一个大力提倡开发利用的阶段；第二个词是可再生能源，理论上是取之不尽、用之不竭的；第三个词是低碳能源，如果得以规模化开发利用，取代传统的能源，可以大幅度降低二氧化碳排放，具有巨大的利用价值。

近年来，随着中煤科工集团西安研究院高新院区地热DZ01井二开固井水泥浆上返地面，标志着我国中深层地热能单井换热式开采第一井顺利完井，绿色开发利用地热能技术实现新突破。

中国石化是中国地热产业发展的领军企业，多年来在中低温地热直接利用方面走在前列，累计建成清洁供暖能力8000万平方米，占全国地热供暖面积的30%以上，每年可替代标煤185万吨，减排二氧化碳352万吨。

2020年3月，山西省第一水文地质工程地质队在大同市天镇县水桶寺村捕获一股高温高压地热流体，由此发掘出我国中东部地区第一口温度最高、自流量最大的地热井，成为迄今为止华北地区2000米以浅深度范围内温度最高的地热孔，井口温度高达160.2摄氏度，最大流量达231.15立方米/小时，每年可利用热能量11.45×108兆焦耳，这组数字究竟意味着什么？拿最熟悉的煤炭做一个比较，它相当于可持续不断地每年供给3.9万吨煤炭产生的热量，按照1吨标准煤发电8141千瓦时来计算，天镇县这次发现的地热能量，相当于13万户家庭整整一年的用电量。

如何做好地热资源的开发和利用

9月2日，2022年太原能源低碳发展论坛绿色未来——地热能产业发展分论坛在山西大同举行。国家知名院士、行业专家学者以及新能源企业家代表齐聚一堂，通过主旨演讲、专题演讲、地热能产业展览、大同市地热资源勘查与开发利用项目参观等活动，共话地热产业发展新趋势，共探地热能高效利用新路径。

论坛旨在研究“双碳”背景下地热能发展新趋势、新理念、新成果，采用线上和线下相结合的形式进行，包括主旨演讲、专题演讲、地热能产业展览、大同市地热资源勘查与开发利用项目参观等内容，多角度、多维度交流地热能产业发展，同时也将地热能产业行业资源和创新发展先进经验植入大同，形成产业发展、行业应用的有机结合。

特别是大同地热资源丰富，地热能开发利用前景广阔，“山西省阳高县—天镇县一带干热岩地热资源预可行性勘查”项目取得重大突破，目前已在天镇县建成我国中东部地区第一个高温地热科研示范实验发电站。“大同深部高温地热资源对科学研究、技术创新具有深远意义，为山西地热资源勘查、开发利用提供了可推广、可复制的经验。”在中国科学院院士、中国地质大学（武汉）校长王焰新说。据了解，全国各省“十四五”能源发展规划陆续出台，多地将开发利用地热资源列入规划中。

相对于传统能源来说，地热资源因其具有清洁、高效、稳定、安全等优势。

相比风能、太阳能等可再生能源资源，地热能不受季节、昼夜、气候等因素影响，但我国地热的产业化及商业化历史比较短暂，商业化开发规模总体较小，这也与地热资源开发利用受资源分布、资源品位和投资强度等诸多因素限制有关。

如何做好地热资源的开发和利用？针对地热资源开发利用面临的问题，应积极开展对地热资源开发利用的探索研究，建议可以从下面几个方向入手：

第一，做好前期的勘探、评估工作。地热能主要存储在地球内部岩土体、流体和岩浆体中，想要开采有一定的技术难度。当前，随着地热资源开采新技术的不断发展，“采灌均衡、取热不耗水”的循环开发模式正被推广应用。这种模式能够有效避免开采深层承压水所带来的资源枯竭、地面沉降等问题。因此建议在开采地热资源时要进行准确评估，提出合理、可实际操作的方案，避免“一刀切”。

第二，加强科技引领与装备创新。地热能要扩大利用，需要加强创新管理，需要具有前瞻性、革命性、颠覆性的地热理论和技术研究。还要实现关键核心技术重点突破，持续推动地热产业降本增效。

第三，推进数据管理与智能化进程。加强智能管理，推进地热产业与信息技术相融合，进一步提升数据分析管理水平，充分发挥数据的作用和价值。这就需要健全完善的地热信息化管理平台，提升数据时效性，利用信息化手段完善动态监测，实施反映地热资源开发与环境影响的数据分析和预警。

第四，为地热资源的发展提供良好的发展环境。环境的创造需要全员的参与，各地要制定出台相关政策，鼓励和支持地热资源开发企业开展技术创新。

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