浅析地热资源的开发利用（发表于《水利电力职业教育》2022（2）：53-59）

邹仕华

 

摘要：多年以来，地热能一直被外界认为只能作为供暖或温泉洗浴使用，而忽视了地热发电的巨大潜力。其实，不仅高温地热资源主要用于发电，而且中低温地热资源也可以用于发电。为了实现“碳达峰碳中和”目标，将我国储量高达2.52253╳10²⁵焦耳（相当于860.7547万亿吨标煤当量）占比全球17.4%的地热资源开发利用起来，势在必行。需要加大地热技术研发力度，“非电利用”与“是电利用”同时发力，并赋予政策支持、财政补贴、税收优惠等扶持，将我国地热的资源优势变成经济优势，促进绿色能源产业蓬勃发展。

关键词：地热；低温地热；中温地热；高温地热；开发利用

中图分类号：F414

Analysis on Development and utilization of geothermal resources

Zou Shihua

（YunNan Provincial Energy Investment Group Co.LTD. Yunnan  Kunming  650228）

Abstract:For many years, geothermal energy has been considered by the outside world only as heating or hot spring bath use, but ignored the great potential of geothermal power generation. In fact, not only high-temperature geothermal resources are mainly used for power generation, but also low-temperature geothermal resources can be used for power generation. In order to achieve the goal of “Carbon peak carbon neutrality”, it is imperative to exploit and utilize geothermal resources with reserves as high as 2.52253 x 1025 joules (equivalent to 860.7547 tce equivalent) , which account for 17.4% of the global total. Need to increase geothermal technology research and development, “Non-electricity use”and “Is electricity use”at the same time, and to give policy support, financial subsidies, tax incentives and other support, so as to turn China’s geothermal resources advantage into economic advantage, promoting the vigorous development of green energy industry.

Key words:Geothermal; low-temperature geothermal; medium-temperature geothermal; high-temperature geothermal; development and utilization

 

 

 

【收稿日期】2022-2-

【作者简介】邹仕华（1970-），男，湖北潜江人，工程测量学士，水利水电工程硕士，经济学（经济管理）硕士，正高级工程师，高级职业经理人，省级电力市场监管咨询专家，研究方向是水能动力工程、传统能源经济。

 

地热是一种清洁、环保、安全和可再生的新型能源能源^[1]。我国地热资源丰富，不受气候、季节、环境等制约，稳定可靠，在我国能源转型过程中凸显独特优势和巨大潜力，促进“30碳达峰60碳中和”目标的有效实现。

1.地热资源分类概况

地热是地球核裂变产生的热量。地球的地壳层、地幔层和地核层储藏着放射性元素的物质，诸如铀238、铀235、钍232和钾40等，在衰变时产生热量，就形成了地热。以形态分类，地热资源可分为蒸汽型、热水型、地压型、干热岩型和熔岩型等五大类；以埋藏深度分类，地热资源可分为200米以内的浅层地热能、200米-3000米的常规地热能、3000米-10000米的干热岩或增强型地热等三大类；以温度分类^[2]，又可分为高于150℃的高温地热、90-150℃的中温地热、低于90℃的低温地热等三大类。高温地热∈[150℃，+∞），比如，西藏羊八井地热田2006米的ZK4002孔，高温地热流体温度达329.8℃，主要用于发电；中温地热∈[90℃，150℃），低温地热∈[25℃，90℃），主要用于供暖、制冷、医疗保健、温泉洗浴、旅游、水产养殖、温室种植等方面。

2.地热资源储量和利用

地球可视为平均半径约为6371千米的实心球体，在离地球表面5000米深处，15℃以上的岩石和液体的总含热量约1.45×10²⁶焦耳^[3]，1千克标煤可以释放出29306千焦的能量，1焦耳=0.2389卡，由此，地球总地热相当于4947.79万亿吨标准煤的热量。我国3000米至10000米深处干热岩资源含热量2.52×10²⁵焦耳，相当于859.89万亿吨标准煤（如表1），是我国目前年度能源消耗总量的26万倍，潜力巨大。200米-3000米的沉积盆地地热资源储量2.50×10²²焦耳，折合标准煤8530.68亿吨，400年内每年可利用的常规地热资源总量相当于6.4亿吨标准煤，每年可减少CO₂排放13亿吨。200米以内的浅层地热能资源量2.78×10²⁰焦耳，相当于94.86亿吨标准煤，每年浅层地热能可利用资源量相当于3.5亿吨标准煤，若全部有效开发利用，则每年可节约标准煤2.5亿吨，减少CO₂排放5亿吨。我国是地热资源储藏大国，希望成为地热能开发利用大国，大力推进地热能开发利用，是减少CO₂排放、实现“碳中和”目标、应对全球气候变化的必然选择。

从利用方式上，我国形成了以西藏羊八井为代表的地热发电，以天津、陕西、河北为代表的地热供暖，以沈阳为代表的浅层水源热泵供热制冷，以大连为代表的海水源热泵供热制冷，以北京、东南沿海为代表的疗养和旅游，以华北平原为代表的种植养殖等的开发利用格局。现已探明的地热资源在各个省份都存在着不同程度的开发利用^[4]（如表2），排在前面的有西藏、云南、广东、河北、天津、台湾等，没有统计进来的省市区有宁夏、上海、香港和澳门。

表1.我国地热储量与可开发量一览表

表2.我国探明的地热资源已开发利用情况一览表

 

2.1.低温和中温地热资源利用

温泉几乎遍及全国各地，多数属中低温地热资源，每年天然放热量约1.04×10¹⁷焦耳，相当于每年释放354.88万吨标准煤当量，大多用于供暖、制冷、医疗保健、温泉洗浴、旅游、水产养殖、温室种植等。诸如北京小汤山和河北省雄县的温泉旅游疗养基地、湖南省汝城县的种植养殖和培育良种的综合示范基地、陕西省临潼的华清池、河南省的汝州、内蒙古的阿尔山等地，都是中低温地热资源利用的典型。

云南16个地州129个县市区，现已探明存在地热资源的为数不多，形成共识的大致分布在保山腾冲、楚雄、大理、玉溪、临沧等区域，并且基本均以“非电利用”模式出现。

现阶段的云南腾冲，藏有高温地热，也藏有中温和低温地热资源^[5]，储量为7.2089×10¹⁹焦耳，相当于储存了24.5981亿吨标准煤当量。虽然是我国少数地热资源“富矿带”之一，热储温度145℃-200℃，基础深度600米-800米，内有沸泉、冒气、喷气等，但因各种主观和客观原因，至今仍未建成地热电站。目前腾冲地热主要用于农业温泉灌溉、温室苗圃、孵化育雏等^[6]，用于工业硫制纸浆、纺织印染等，用于矿业采磺采矾提取苏打（Na₂CO₃）、低温泉水生产小苏打（NaHCO₃）等，用于疗养“先蒸后浴”治疗疾病、天然热矿泉水饮料等，用于旅游业冬季供热取暖、夏季调温降暑等。

在我国云南楚雄，地热资源储存量为9.5060×10²⁰焦耳，相当于储存了324.3704亿吨标准煤当量,属于中低温地热资源^[7]。可开采地热资源9.5060×10¹⁸焦耳，相当于3.2437亿吨标准煤当量，占比全国可开采量的2.4%。诸如，南华县以东的乌龙1井3140米-4620米的地热为低温^[8]，地温梯度为1.842℃/100米，井口最高温度在85.1℃以下。还有禄丰县的地热资源丰富，温泉水质富含钙、镁、铁、铬、镉、硫等矿物质，可治疗多类疾病，温泉里的锶含量是一般矿泉水的20余倍，属于全国顶级资源，有“黄金汤”、“养生泉”的美誉。像绿丰县碧城镇的温泉已存300多年的开发历史，依山傍水，景色宜人，相传“跳珠浮水面、漱玉散池边、尘襟临浴罢、神爽欲为仙”的历史佳话。

大理州洱源县地热国，地热井口温度88℃，九个洞穴喷涌出温泉故被当地美其名曰九气台。地热国中心形成大水池，称其为大滚锅，周边分布着养心池、药池、牛奶池、“亲亲鱼疗馆”等。白族风格的建筑和民风习俗体验其间，周围山野田园风光，令人心旷神怡。

玉溪市“元江红河谷热海”地热井口温度94℃，温泉出水量1500立方米/天，成为一个温泉养生、度假休闲、旅游观光的旅游度假区。天然石材打磨出的小滚锅，无需用火，无需用电，就可将各种时令鲜食材放在滚锅里烫熟，变成美食。依河而建的长条草木棚，造就“无火之炊、水上长街宴”，既可享受温泉，又可品尝沸水煮的元江美食。

临沧市的镇康县地热资源丰富，境内天然温泉较大的有6处，即仁和热水河、励捧大沙坝、军弄热水河、南伞田坝寨、勐堆澡塘坝、澡塘河等。境内天然温泉较小的有11处，即军赛龙洞山、南邦励、河边寨、小军赛对岸、下忙碑、木场、南伞岩脚山、大硝洞地、忙丙岩西、励捧杀马沟、响水等。这些热泉大都没有开发利用，仅有三处辟有露池。其中，澡塘河温泉，水温71℃，浴后有驱风除痛的功效。另有云县的幸福温泉，测试到的最高水温有100℃。

云南省的国土面积为39.41万平方千米，还有更大范围的地热资源需要进一步勘探，并且合理分类出低温、中温和高温地热资源。可将散落在各个县市区的温泉资源整合起来，发挥其更大优势，合理利用地热资源，将丰富地热的资源优势转化为经济优势。

此外，在广东、福建、辽宁、山东、湖北和湖南等省份，主要分布有中温、低温对流型的地热资源；在华北、四川、鄂尔多斯、松辽等地区，主要分布有中低温传导型的地热资源。存在着不同规模的地热资源利用，主要用于供暖、制冷、医疗保健、温泉洗浴、旅游、水产养殖、温室种植等方面。

长期以来，地热能一直被外界认为只能作为供暖或温泉洗浴使用，而忽视了地热发电的巨大潜力。其实，中低温地热资源也是可以发电的，比如，上世纪80年代建成投产运营至今的广东丰顺地热试验电站0.03万千瓦（如表3），地热井口温度只有91℃，单级闪蒸式发电系统，年利用小时达6750h，是一座中温地热发电站；本世纪建成投产运营至今的华北油田地热电站0.04万千瓦，双工质螺杆膨胀机式发电系统，年利用小时达6750h，成为我国首座油田中低温地热电站；本世纪建成投产运营至今的2台羊易地热电站0.09万千瓦机组，全流螺杆膨胀机组，地热井口温度为134℃，也属于中温地热发电。

2.2.高温地热资源已利用情况

现行条件下，探明我国高温地热资源可开发潜力为580万千瓦（归为“是电利用”，与“非电利用”形成对应），可利用热能约431.90万千瓦（相当于每天地热水开采总量为247.02万立方米），主要集中在环太平洋地热带通过的台湾省、地中海-喜马拉雅地热带通过的西藏南部、云南西部和四川西部，西藏羊八井地热田、云南腾冲地热田、台湾大屯地热田都属于高温地热田。藏南西部、东部及中部分布着约108个高温热田；云南分布着20个高温热田，主要位于在怒江以西的腾冲-瑞丽地区；川西分布着8个高温热田。

上世纪80-90年代，羊八井地热电站建成投产运营至今的8台两级闪蒸式发电机组，累计装机容量2.418万千瓦（如表3），年利用小时为5420h，地热井口温度为140℃-160℃,150℃以上的高温占主导，属于高温地热电站。十三五期间建成投产和十四五期间正在投资建设的羊易地热电站有2台双工质螺杆膨胀机组，每台机组装机容量均为1.6万千瓦，地热井口温度为207℃，属于典型的高温地热发电。该项目有两口生产井，深度均不超过400米。

云南腾冲的地热资源储量中存在大量150℃-200℃的高温地热资源，基础深度为600米-800米，只因种种主客观原因，没有建成地热电站。不过，腾冲投资开发地热电站具有较好的经济价值和社会价值。

 

3.地热资源开发机遇和利用潜力

一直以来，无论是高温地热发电，还是中低温地热发电，其开发进度都比较缓慢，是因为在西藏、云南、四川的高温地热分布区，其传统水能资源丰富，而对建造地热电站实现多能互补的认识不足。实际上，当地特别是小水电站都是季节性很强的水电站，每年只在丰水期发电3000-4000小时，而枯水季节不能满发或停发。为了改变枯水季节的缺电现象，可以实施地热发电与小水电联合调度、优势互补模式，促进地热发电稳步增长。从国家政策方面而言，地热资源开发利用受到的助推力是明显的，国家政策尤其是“双碳”政策为地热资源开发提供了新时代的发展机遇。

3.1.政策支持

2013年国家发布了《关于促进地热能开发利用的指导意见》(简称《意见1》)，促进地热资源开发的社会热情一度飙升。

2020年我国地热直接利用装机容量达40.6吉瓦（基本归类为“非电利用”，对应前文的“是电利用”），占比全球38%，位居世界首位连续多年。其中，地热热泵装机容量26.5吉瓦，地热供暖装机容量7.0吉瓦，分别比2015年增长125%、138%。截至2020年底，我国地热能供暖制冷面积累计为13.9亿平方米，仍居世界第一位，包含水热型地热能供暖5.8亿平方米、浅层地热能供暖制冷8.1亿平方米。“十三五”期间，我国地热能以多种形式替代化石能源的作用逐渐显现，成为可再生能源非电利用的主要方式。

2021年9月国家各部委联合发布了《关于促进地热能开发利用的若干意见》（简称《意见2》），为地热能作为可再生能源进行供暖营造了良好的政策环境，和提供了措施支撑，促进地热能综合利用。

以时间安排为序，《意见2》为我国地热能开发利用列出了时间表和路线图。至2025年，全国地热能开发利用管理流程要建立且完善规范，开发利用信息统计和监测体系完善，地热能供暖（制冷）面积相比2020年增加50%，资源条件好的区域建设地热能发电示范项目，地热能发电装机容量比2020年翻番；到2035年，地热能供暖（制冷）面积及地热能发电装机容量比2025年翻番。国家政策层面对地热能开发目标很明确，任务也很清晰，对于地方政府和有此营业资格的企业需要找准定位，抓住机遇，重在落实。

3.2.开发潜力

地热能开发经济性分析^[9],与常规能源一样，由基本的工、料、机等构成地热供暖和地热发电的运营成本。地热供暖与热电厂供热比较，各有千秋，视具体情况而定，难以进行简单的经济对比；而地热发电与燃煤或新能源发电进行对比，从现阶段的开发条件而言，地热发电存在相对较高的开发成本。需要考虑地热开采技术的研发和提高，比如采热岩壁封堵，阻止或减少热汽泄露，提高热汽利用率，增强技术上的更加可行性，从而促进经济上的更加合理性。

短时间内难以采集到地热开发利用的实际成本参数，只好留着今后具体开发利用地热资源时进行实时采集和分析。但从定性而论，地热能开发存在着比较大经济空间，通过技术进步进行经济改善和优化，终将成为能源主流，地热能开发潜力巨大。

4.地热资源开发利用技术探试

4.1.地源热泵技术成为浅层地热供暖（制冷）的主力支撑

浅层地热能一般温度小于25℃，中浅层地热能一般埋层深度200米-1500米、温度25℃-40℃，主要利用地缘热泵技术，进行供暖（制冷）。我国浅层地热能分布广泛、应用前景广阔，中东部共143个地级以上城市，最适宜开发利用浅层地热能，年可开采地热能数量折合标准煤4.6亿吨，可供暖（制冷）建筑物面积210亿平方米，基本满足这些地区供暖（制冷）需要。

浅层地热能主要以地源热泵技术进行开发利用，地源热泵可分为地埋管热泵、地下水热泵和地表水源热泵。这类浅层地热能源的低品位热源，利用既可供热又可制冷的高效节能空调技术，进行供暖、制冷、热水三联供系统的能源供给，是浅层地热能开发利用的主要方式。

我国宁夏和内蒙古地区已经建造了“地源热泵+太阳能联合系统”的浅层地热供暖示范工程，以太阳能的加入，促进地源热泵工作时减小对土壤的温度波动，维系地下温度场平衡。开创高寒地区“地热+太阳能”供暖模式，实践效果比较好。

我国四川应用污水源热泵，冬、夏季应用污水处理厂的中水作为冷热源，为建筑群冬季供热、夏季空调制冷，实现区域恒温。

4.2.“取热不取水”技术成为中深层地热开发的技术引领

中深层地热能一般指埋层深度1500米-4000米、温度40℃-100℃，从埋深上，有些属于常规地热能，有些属于干热岩或增强型地热；从温度上，有些属于低温地热，有些属于中温地热；从形态上，属于水热型地热能，可用以满足温泉洗浴、供暖或一般工业需求。针对中深层地热能钻孔水量有限、干孔、砂岩回灌困难、区域水位下降、套管腐蚀等问题，研发出“取热不取水”的中深层地热采热技术，为地热资源可持续发展探索出新路。

河北一所大学建模或建设的“U型井”，垂直深度2500米，水平距离684米，成为“取热不取水”技术的典型案例。供暖初期和后期的中温天气，采用地热能供暖。供暖中期的寒冷低温天气采用地热能+燃气补充，能为7-8万平方米节能建筑物提供热源的这类U型井，可节省标煤1040吨/年，可减排二氧化碳2725吨，减排二氧化硫8.8吨，减排氮氧化物7.8吨，减排粉尘70.7吨。该类技术的推广，还可以使得地热井不需要维护，不需要更换设备，使用寿命长，运行成本低，社会效益、环境效益、经济效益明显。以技术创新，解决砂岩回灌、钻孔水量有限等问题。

该技术达到国内和国际先进水平，成为我国不扰动地下热水系统实现保护性开采、提高地热供暖换热量方面取得的系列科研成果，引领我国地热供暖方式的变革，作为中深层地热“取热不取水”技术重要的示范基地，值得广泛推广。

4.3.地热与多能互补成为能源发展的技术创新

地热与多能互补技术是根据能源整体规划，建设多种能源有机整合、集成互补的综合能源体系。深入研究探索深层储能技术，将不稳定的太阳能、风能等转化为稳定连续的地热能，弥补能源供需在时间和空间分布的不平衡。推行物联网供热技术，构建物联网智慧能源系统，实现节能优化运行。

研究和推行高温地热发电技术，封堵出汽井壁，避免和减少出汽井壁渗漏，提高出汽利用率，提高发电功效，降低开发成本，加快地热发电步伐。若条件成熟，还可以研究和采用“取热不取水”技术发电。

地热能是一种储量丰富、分布较广、稳定可靠的可再生能源，应该大力推进地热与多能互补技术，减少对化石能源的依赖，为实现“碳达峰碳中和”目标作出地热能本该承担的贡献。

5.地热资源开发需要克服和争取的方面

（1）多年以来，地热资源勘探被“卡”、地方政府对地热发电支持力度不够、地热能技术人才缺乏等，都是阻碍我国地热能发展的主要制约因素。

（2）要推动我国地热能的发展，积极引入社会民间资本等环节不可小觑。

（3）与风能、太阳能、生物质能等可再生能源比较，地热能在勘探开发阶段存在较大风险。这个风险应该得到国家能源政策的倾斜和扶持，国家应当加大勘探和科研力度，相关部门应主动承担勘探的风险。

（4）地热资源开发利用规划应全面出台产业补贴、税收、优惠等政策并落实，能源投资企业和科研机构应当协同努力，争取政策，共同推进地热发电项目。

6.结论

（1）地热资源可开采量仅是地热资源总量中的很少一部分，需要进一步加大勘探地热资源的力度。地热资源丰富，地热资源开发利用具有广阔的发展前景。

（2）现行条件下，我国地热资源“非电利用”规模远大于“是电利用”规模。今后要在加大地热资源“非电开发利用”的同时，进一步加大地热资源“是电开发利用”力度，合理开发利用地热资源。

（3）大规模开发地热资源还存在着一定技术壁垒，尤其是高温地热发电技术和中低温地热发电技术。要进一步加大地热资源研发力度，组织技术攻关，降低地热资源开发成本，将资源优势真正转化为经济优势。

 

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