地热资源的低碳排放效益分析

刘育平

（中国地质调查局发展研究中心，北京 100037）

随着经济社会的发展，以气候变化为核心的全球环境变化，正在广泛而深刻地影响着人类社会的方方面面。低碳排放能源是区别于煤炭、石油等传统化石能源，在利用过程中二氧化碳等温室气体排放相对较低的能源类型组合，主要包括地热、浅层地温、天然气水合物、风能、太阳能等。其中，地热资源在中国储量丰富，开发利用形式多样，对实现中国节能减排目标具有重大意义。

1 地热资源是未来国家低碳排放能源的生力军

太阳能、地热能、风能、海洋能、核能以及生物质能等被称作“可再生能源”，又被称为“绿色能源”。地热是一种洁净的可再生能源，具有容易收集和输送、参数稳定(流量、温度)、使用方便等优点。

以气候变化为核心的全球环境变化，正在广泛而深刻地影响着人类社会。气候变化所导致的气温增高、海平面上升、极端天气与气候频发等，对自然生态系统和人来生存环境产生了严重影响。气候变化问题已引起全世界的广泛关注，成为当今人类社会亟待解决的重大问题。由于人类活动的影响，全球大气二氧化碳、甲烷和氧化亚氮等温室气体浓度显著增加。为了人类免受气候变暖的威胁，中国于2002年8月核准了旨在限制温室气体排放量以抑制全球变暖的《京都议定书》。扩大能源来源、改变严重依赖煤炭和石油的能源结构是减少温室气体排放量、解决全球气候变化问题的途径。而作为新型能源之一的地热资源的开发利用，具有其他能源不可比拟的低成本、可持续利用和环保的独特优点。大力推进地热资源开发利用，对于改善能源结构，解决日趋严重的全球环境问题、实施节能减排战略具有重要的意义。

中国是世界上地热资源储量较大的国家之一，尤其是中低温地热资源，开发利用潜力巨大。据不完全统计，中国温泉有2300多处，施工地热钻孔近4000眼。作为清洁能源的地热资源开发，为缓解中国能源紧张的局面、保护环境起到了应有的作用。目前，已基本形成以羊八井为代表的地热发电、以天津和西安为代表的地热供暖、东南沿海为代表的疗养与旅游和以华北平原为代表的种植与养殖的开发利用格局。地热资源在供暖、制冷、医疗、洗浴、水产、温室等行业具有广泛的利用前景。对于中国实现调整能源供应结构、缓解能源供应压力、保障能源供应安全、促进地区经济发展具有重要的作用。

随着环境压力和能源压力的持续增加，中国对低碳能源的开发应用日渐关注，国家在近几年颁布了一系列有助于新型低碳清洁能源开发利用的法律法规和相关政策。

《中华人民共和国可再生能源法》(2006年1月1日起施行)指出“可再生能源，是指风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能等非化石能源”，可再生能源的开发利用为国家“能源发展的优先领域”。

《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006－2020年)》(国发〔2005〕44号)将“可再生能源低成本规模化开发利用”作为能源重点领域的优先主题之一，指出应“重点研究开发大型风力发电设备，沿海与陆地风电场和西部风能资源密集区建设技术与装备，高性价比太阳光伏电池及利用技术，太阳能热发电技术，太阳能建筑一体化技术，生物质能和地热能等开发利用技术”。

《国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知》(国发［2007］15号)明确提出要“大力发展可再生能源，抓紧制订出台可再生能源中长期规划，推进风能、太阳能、地热能、水电、沼气、生物质能利用以及可再生能源与建筑一体化的科研、开发和建设，加强资源调查评价。”

《国务院关于印发中国应对气候变化国家方案的通知》(国发［2007］17号)中提出“……逐步改善能源结构，大力发展水电、风电、太阳能、地热能、潮汐能和生物物质能等可再生能源，……”。

通过统计和计算得知，中国的地热资源放热量1.32×1017J，折合标准煤为相当于燃烧451.83×104t标准煤产生的热量。若取可采系数5.0，则中国的隆起山地对流型地热资源的可采资源为6.6×1017J/a，折合标准煤2259.1×104t。其中各个省(市)的温泉放热量见表1。

表1 地热资源评价表Table 1 Geothermal Resource Evaluation Form

续表1

根据发改委提供的计算方法:1kg标准煤可以发3kW/h的电，1t标准煤工业锅炉燃烧产生CO22620kg计算所得上述数据。

2 浅层地温能是实现减少温室气体排放的重要战略举措

浅层地温能是指在地球表层一定深度内参与热量循环，在一定技术经济条件下可以被利用的地热资源。与传统地热相比，浅层地温能由于不受地域局限，故基本上普遍适用于世界各地。中国地域辽阔，气候分带明显，适宜大规模开发利用浅层地温资源，特别是在华北、西北、东北等地区，通过浅层地温资源的高效利用，对于缓解当地能源压力，大规模减少温室气体的排放，达到节能减排的目的，实现向低碳经济社会的转变具有重要的意义。

依据国土资源部地质调查局各省地调院提供的287个地级市200m以浅地质基础资料估算。总浅层地温能资源量为7.71×1013kWh/a，相当于94.86×108t标准煤完全燃烧所释放的能量。如果城市建筑面积系数取0.25、浅层地温能可采系数取0.3以及利用效率取0.5，则浅层地温能可利用资源总量为2.89×1012kWh(3.56×108t标准煤)。

31个省(市、区)浅层地温资源量估算见表2，287个地级市浅层地温能估算量见表2。

3 天然气水合物是最有潜力的新型洁净能源

天然气水合物是在一定条件(合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、pH值等)下由水和天然气在中高压和低温条件下混合时组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物。据估算，全球天然气水合物蕴藏的天然气资源总量约为1.2×1017m3，相当于全球已探明传统化石燃料碳总量的两倍，被普遍认为将是21世纪最有潜力的接替煤炭、石油和天然气的新型洁净能源，同时也是目前尚未开发的储量最大的一种新能源。开展天然气水合物资源的研究，做好中国能源的接替工作，对解决中国的能源短缺、推进能源结构多元化、增加能源供应具有重要的战略和现实意义。

表2 31个省(市、区)浅层地温资源量估算及效益分析一览表Table 2 31 Provinces(Cities，Districts)shallow geothermal resource estimation and Benefit Analysis Summary

中国于1999年开始进行天然气水合物资源调查与评价，并于2007年在神狐海区钻探获取了含天然气水合物岩芯样品，证实南海存在良好的天然气水合物资源前景。与此同时，自2002年以来，中国在青藏高原等冻土带开展了天然气水合物的探索性调查研究，初步调查研究成果显示中国冻土区尤其是羌塘盆地、祁连山、风火山和漠河盆地等具备较好的天然气水合物成矿条件和找矿前景。2008年和2009年，中国在青海省天峻县木里镇两次成功钻获天然气水合物的实物样品，取得了重大突破。

4 当前中国面临的问题及挑战

中国是世界上利用地热资源较早的国家之一，至今已有2000多年的悠久历史。历史上对地热资源的开发利用大多限于对温泉的直接利用，主要用于医疗和洗浴方面。

20世纪90年代以后，由于对地热资源勘探等研究经费减少，地热资源的形成机理研究、地热资源勘探方法、开发利用规划、热储工程学研究等几乎处于停滞状态。当前的地热资源勘查和开发中存在以下主要问题:

国家对地热资源勘查投入严重不足，全国大部分地区尚未开展地热资源勘查，特别是中国西部地区的中低温地热资源，基本未开展正规的地热勘探。有的地区虽进行过勘查，但限于当时的技术和经济水平，不适应开发利用的需要。经过资源储量管理部门审批可作为进一步勘查或开发利用规划的地热田103处，约占已发现地热田的1/3。勘查评价滞后于开发利用，基础地热地质勘查工作薄弱，后备资源不足，严重影响地热资源勘查开发规划的制定和地热产业发展。对于服务于各级政府地热资源规划的评价、论证和区域性地热田资源勘查评价等基础性、区域性、全国性勘查工作滞后，政府管理部门不可能做到科学管理。

地热资源开发利用规模化、产业化水平不高。相当一部分天然温泉水没有充分利用，井采地热水回收率低，利用方式单一，弃水量大、温度高。在一些采取直供、直排供暖方式的单位，其热能利用率仅为20%～30%，严重浪费了地热资源。

浅层地热资源调查评价以及相关热平衡评价等技术研究滞后，制约了这一宝贵资源的科学规划。热泵技术使浅层地温能得到利用，不仅可以供热，还可用来制冷。而中国地源热泵应用还处于起步阶段，大力开发利用浅层地温能，具有极其重要的现实意义和广阔的发展前景。国家应在政策、资金等方面，引导和支持开发利用浅层地温能。

另外，缺少统一的地热资源信息系统，管理手段落后，信息反馈不灵，管理自动化和信息化程度较低。急需建立全国性的地热资源信息数据库和管理系统，为科学规划与指导中国地热资源勘查开发有序发展提供基础资料。

天然气水合物是继煤、石油和天然气等能源之后的另外一种潜在的新型能源。中国广阔的海域和专属经济区及冻土地区有着巨大的天然气水合物资源前景，然而，海域天然气水合物整体调查研究程度仍较低，对天然气水合物藏地质认识不足，距摸清资源状况、预测地质储量相差甚远，冻土区天然气水合物调查刚刚起步。

5 结论

随着经济社会的发展，以气候变化为核心的全球环境变化，正在广泛而深刻地影响着人类社会的方方面面。气候变化所导致的气温增高、海平面上升、极端天气与气候时间频发等，对自然生态系统和人来生存环境产生了严重影响。气候变化问题已引起全世界的广泛关注，成为当今人类社会亟待解决的重大问题。中国人口众多、经济发展水平低、气候条件差、生态环境脆弱，是最易受气候变化不利影响的国家之一，同时，中国正处在经济快速发展阶段，应对气候变化形式严峻，任务艰巨。应对气候变化，事关中国经济社会发展全局和人民群众的切身利益，事关国家的根本利益。

地热资源作为新能源之一，其开发利用具有较高的经济效益、社会效益和环境效益。在开发利用过程中，不断加强对地热资源的勘查和技术支持，鼓励企业投入，提高政策支持力度，规范地热产业市场，在不久的将来，地热资源一定能为节能减排做出更大更显著的贡献。

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