全球地热发电现状及展望

中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院 ■ 陈从磊 徐孝轩

0 引言

地热资源是指能被经济地开发利用的地球内部的地热能、地热流体及其有用组分，是一种可再生的清洁能源。地热资源因储量大、分布广、清洁环保、稳定性好、利用系数高等特点，成为具有竞争力的新能源。

随着国家电气自动化程度提高，电力需求日益增加，而绝大部分电力主要通过煤炭和天然气等常规化石能源获得，经济发展易受化石燃料价格波动的影响。以美国为例，2012年煤炭和天然气的发电量占总发电量的26%和31%，地热、太阳能、风能等可再生能源占2.5%[1]。此外，随着新兴市场规模的扩大，电力需求将逐步增加，供需矛盾逐年突出。因此，为充分保障能源安全，满足不断增长的电力需求和减少化石燃料的使用，各国正积极采取措施，增加包括地热在内的可再生能源在能源供给中的比重，构建多元化能源结构，以保证本国能源安全。地热资源以其稳定可靠、成本低廉、清洁环保等优点逐渐被各国所认识，开发热度逐年增加。

1 地热发电装机容量逐年增加

据2010年世界地热大会公布，世界上已有78个国家对地热资源进行了开发利用(包括发电和直接利用)。2000年、2005年和2010年地热资源综合利用分别为1022亿kWh、1316亿kWh和1889亿kWh，前5年和后5年的年均增长率分别为5.2%和7.5%。其中地热直接利用分别为528亿kWh、759亿kWh和1217亿kWh，前5年和后5年的年均增长率分别为7.5%和9.9%。

热发电最早起源于1904年意大利西北部Larderello火山区建立的一个10 kW的实验性电站。随后于1913年建成第一台250 kW地热发电机组，成为地热发电商业化的开端。从1958年起，美国、墨西哥、前苏联、日本、菲律宾、萨尔瓦多、冰岛和中国先后开始进行地热发电研究试验和开发建设。自此，地热发电业务进入快速发展时期，装机容量逐年增加，1960年仅为386 MW，到1975年突破1000 MW，达到1180 MW。截止到2013年底，全球24个国家和地区地热发电总装机容量约12000 MW[2]；其中，发电能力位于前3位的国家和地区分别为美国、菲律宾、印度尼西亚。

按区域划分，美洲地区地热发电装机容量最大，约为4565 MW，占总装机容量的41.9%；其次为亚太地区的3717 MW，占34.1%；欧洲地区以1643 MW位居第3，约占15.1%；随后是大洋洲地区的763 MW(约占7%)和非洲地区的209 MW(约占 1.9%)。

图1 1950～2013年全球地热发电总装机容量

随着地热资源的开发热度逐年增加，预计到2015年全球拥有地热发电的国家和地区将由目前24个增至46个，总装机容量将达到19.804 GW。其中，欧洲地区将由目前1.6 GW增至2.8 GW；亚太地区由3.7 GW增至6.8 GW；美洲地区由4.6 GW增至8.3 GW；非洲地区由0.2 GW增至0.6 GW；大洋洲地区由0.8 GW增至1.3 GW，见图2、3。

图2 2010年和2015年(预计)不同地区地热发电装机容量

图3 2010年和2015年(预计)不同地区地热发电国家数目

作为全球地热发电第一大国的美国，地热发电业务的开展最早开始于1960年，随后进入快速发展时期。自2008年以来地热发电装机容量年均增长2.3%，截至2013年，美国地热发电总装机容量为3442 MW，居世界第一(见图4)。地热电厂主要分布在阿拉斯加、加利福尼亚、佛罗里达、夏威夷、爱达荷、内华达州等地。目前，美国仍有分布在15个州的147座地热发电项目正在开发中，总发电潜力超过5000 MW[3]。预计到2015年，美国地热发展总装机容量将达到5380 MW。

图4 2008～2015年美国地热发电装机容量

菲律宾拥有丰富的地热资源，1977年7月，国内第一座小型地热发电试验电厂的正式运营拉开了地热发电的序幕。经过最初几十年的快速发展，2000年以来菲律宾地热发电业务的发展趋于平缓，地热电站主要分布在Leyte、Bac-Man、Mindanao、Northern Negros、South Negros和Tiwi等。截至2013年，菲律宾总装机容量达到1884 MW[4]，成为仅次于美国的世界第二大地热发电生产商。菲律宾政府出台大量优惠政策和措施，鼓励和推动地热发电等新能源业务的发展。预计到2015年，其地热发电总装机容量将达到2519 MW。

图5 菲律宾历年地热发电总装机容量

印尼拥有丰富的地热资源储量，地热资源利用也仅次于美国和菲律宾，居世界第3位。截止到2013年底，印尼已建成地热发电站总装机容量达到1333 MW，此外还有众多项目正在建设或规划中，预计到2015年，地热发电总装机容量达3451 MW，成为仅次于美国的世界第2大地热生产商。印尼政府实施了一系列法律法规，如精简监管过程，在竞标过程中直接将地热勘探许可证授予开发商；减免地热开发设备进口相关关税等，促进地热资源的开发，并规划到2025年建成9000 MW的地热发电能力，成为全球最大地热生产商[5]。

图6 印尼历年地热发电总装机容量

2 地热发电技术日新月异

地热发电是利用地下热水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术。地热发电的过程是把地下热能转变为机械能，然后再把机械能转变为电能的过程，按照载热体类型、温度、压力和其他特性的不同，可将地热发电技术分为干蒸汽发电技术、扩容蒸汽发电技术、双循环(双工质)发电技术和双循环井下换热发电技术。近年来，干热岩发电技术也有一定突破。

相对常规的利用干蒸汽发电和地热水发电，干热岩发电(EGS)具有其独特优势，主要表现在：干热岩资源量巨大、分布广泛；无废气和其他流体或固体废弃物，几乎零排放；开发系统安全；热能连续性好；经济实惠等。该技术自1993年在美国通过可行性论证后，近些年取得了一定突破，干热岩发电已从早期试验性阶段进入小规模的商业开发阶段。

当前，利用干热岩发电的国家主要有法国、德国、澳大利亚、美国、日本。其中，世界上最大EGS项目位于当前正在开发的澳大利亚Cooper盆地，据初步统计，Cooper盆地拥有5000～10000 MW的发电潜力[6]。

3 中国地热发电产业将快速发展

我国地热资源分布广、类型多、资源丰富，具备大发展的资源条件。初步估算，全国287个地级以上城市浅层地热能资源量每年相当于94.86亿 t标准煤，每年可利用量相当于3.56亿 t标准煤；12个主要沉积盆地地热资源储量折合标准煤8530亿 t；每年可利用量相当于6.4亿 t标准煤。而当前正处于研发阶段的干热岩资源量相当于860万亿 t标准煤。

3.1 中国地热直接利用居世界首位，地热发电发展相对滞后

我国地热利用始于上世纪70年代。地热直接利用量自1995年以来连续多年处于世界首位(见图7)，主要用于地热供暖和制冷，地热发电发展相对滞后。截至2013年，常规地热能供热面积约为7680万 m2[7]。地热发电总装机容量约为24 MW，年发电能力约为150 GWh[8]，仅排在世界第18位。

1970年，中国科学院在广东省丰顺县邓屋建立了我国第1座地热发电站。地热水温度92 ℃，采用闪蒸发电技术，装机容量为300 kW，年运行时间为8000 h，年发电量为160 万kWh。随后又在河北怀来、江西宜春、湖南灰汤、辽宁熊岳、广西象州和山东招远6个地区，建设了中低温地热发电站。由于经济效益差，目前除了广东丰顺外，其余均已停用。

表1 常规地热发电技术对比表[9]

表2 世界主要发达国家EGS/HDR项目一览表

图7 全球主要国家地热直接利用量

1977年我国第一台1 MW高温地热发电试验机组在西藏羊八井建成发电，此后一直到1991年间又陆续建成了8组3 MW发电机组，总装机容量达到24 MW(1 MW试验机组退役)[10]。2009～2010年，羊八井地热电站又新增螺杆膨胀动力机2台，新增装机容量2 MW。截至2013年，羊八井电站每年约发电1.4亿kWh。

由于我国地热资源以中低温为主，地热发电主要采用扩容闪蒸蒸汽发电技术(广东丰顺地热电站、西藏羊八井地热电站均采用该技术)。该技术设备工艺简单，技术成熟，也是全球地热发电应用最多的发电技术，发电量占地热总发电量的60%。但是，机组整体热效率和经济效益不高。

3.2 初步形成了地热资源开发利用技术

经过近40多年不断实践，我国已初步建立了一套与中国地热资源特点相适应的开发利用技术。2012年，国家地热能源开发利用研究及应用技术推广中心正式成立，依托这一平台逐步开展地热能源发展战略、规划、政策及相关规范标准研究、地热能源开发利用关键技术研发及推广应用[11]，将极大推动我国自热资源开发利用技术的进步和水平的不断提高。

3.3 国家宏观政策的积极引导

为促进地热产业的发展，国家到地方相继制定了一系列相关政策、法规，以促进地热发电业务的发展。如国家能源局、财务部、国土资源部、住房和城乡建设部联合发布的《关于促进地热能开发利用的指导意见》中提出：到2015年，地热发电装机容量达到10万kW，地热能年利用量达到2000万t标准煤；到2020年，地热能年开发利用量达到5000万t标准煤，形成完善的地热能开发利用技术和产业体系[12]。

当前，我国地热开发利用，尤其是地热发电方面还存在一些问题尚待解决，如缺乏统一的开发利用规划、资源开发利用管理不规范、开发利用程度偏低、地热发电技术特别是增强型地热发电技术等与国际差距较大。

在我国能源结构不断优化、治理大气污染日益紧迫的形势下，地热资源以其“减排效益显著、可持续利用”的优势，在生态文明建设中将发挥越来越重要的作用。可预见在不远的将来，地热资源开发利用将会像太阳能、风能等资源的开发利用一样，飞速发展。

[1] US Energy Information Administration. U.S. primary energy production by major source, 2012[EB/OL]. http://www.eia.gov/energyexplained/index.cfm?page=electricity_in_the_united_states.2013-02-07.

[2] Ruggero Bertani. Geothermal power generation in the world 2005-2010 update report[J]. Geothermics，2012，(41): 1 － 29.

[3] US Energy Information Admission. Annual Energy Outlook 2014 [EB/OL]. http://www.eia.gov/forecasts/aeo/electricity_generation.cfm. 2014-05-07.

[4] Benjanmin Matek.2013 Geothermal power:international market overview[R].Washington:Geothermal Energy Association.2013-09.

[5] United Press International. Indonesia: $5 billion in geothermal deals[EB/OL]. http://www.upi.com/Science_News/Resource-Wars/2010/04/28/Indonesia-5-billion-in-geothermal-deals/UPI-75251272464182/. 2010-04-28.

[6] Graeme Beardsmore. The Burgeoning Australian Geothermal Energy Industry[R]. Geo-Heat Centre Quarterly Bulletin，2007，28. (3): 20－26.

[7]中国石化新星石油有限公司.地热开发[EB/OL]. http://cnspc.sinopec.com/cnspc/domain/geo_develop.

[8] Zheng K, Han Z, Zhang Z. Steady industrialized development of geothermal energy in China，country update report 2005-2009[A]. Proceedings of the 2010 World Geothermal Congress[C]， Bali，Indonesia，2010.

[9]彭第，孙友宏, 潘殿琦, 等. 地热发电技术及其应用前景[J].可再生能源, 2008, 26(6): 106－110.

[10]李志茂, 朱彤.世界地热发电现状[J]. 太阳能, 2007, (8): 10－14.

[11] 杨程博.中国石化地热能开发引领中国[J].中国石化，2012，(12): 32－35.

[12] 国家能源局、财政部、国土资源部、住房和城乡建设部.促进地热能开发利用[N].中国石化报，2013-02-28 (1).