我国地热资源产业现状及地热学教育发展前景

2016-02-15朱传庆邱楠生

中国地质教育 2016年3期

关键词：勘探研究

朱传庆，邱楠生，常健，饶松

1.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京 102249；2.长江大学地球科学学院，湖北荆州 434023

教育管理

我国地热资源产业现状及地热学教育发展前景

朱传庆1，邱楠生1，常健1，饶松2

1.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京 102249；2.长江大学地球科学学院，湖北荆州 434023

地热能是极具发展潜力的清洁能源，其勘探开发得到了当今社会的日益重视。基于对我国地热资源勘探开发和地热学研究历史和现状的分析，总结了地热资源产业的发展前景，提出了地热学学科建设的思路。高校加强与地热勘探开发单位通过合作科研项目，培养地热领域的研究生，在地质勘察类专业学生中适当加强地热学教育，是为地热产业培养一线技术人员的可行途径。

地热资源；地热学教育；绿色能源；地热地质学

geothermal resource; geothermal education; green energy; geothermic geology

相比石油、煤炭等高排放的不可再生能源，地热既属于清洁能源，又属于可再生能源。地热能有其自身不可替代的基础优势，如：核能虽然属于清洁能源，但消耗铀燃料，不是可再生能源，投资较高且存在安全风险；可再生能源是最理想的能源，可以不受能源短缺的影响，但受自然条件的影响，如水力、风力、太阳能资源等受气候条件和季节影响较大。相比来说，地热则是一种稳定系数较高的可再生清洁能源，在资源短缺和节能减排的国际环境下，地热能开始显示出强大的生命活力。目前，我国尚没有成熟的地热学人才教育和培养系统，高校中也较少设置与地热学相关的专业和课程。在地热资源研究的热潮以及地热能产业良好发展的时代背景下，能源类高校有必要对地热学教育提高重视，加强地热地质专业化人才培养。

一、地热学研究及地热资源勘探开发历史

19世纪50年代末李四光在原地质部地质力学研究所组建了我国第一个地热研究组，在北京房山花岗岩体上打了第一口500m深的地热探测钻孔。此后，特别是改革开放以来，中国有重点地开展了多次地热资源勘探开发和相关的科学研究工作。陆续在20多个省区开展了地热资源普查和考察，并对滇藏高温地热带、东南沿海地热带、华北盆地等中低温地热资源重点进行了分析研究，先后完成了全国温泉资源分布图、大地热流图、地温梯度图等全国性的一系列地热资源基础性图件，建立了中国第一个示范性的地热数据库。

20世纪公开出版的比较有代表性的地热学研究成果有：陈墨香，《华北地热》[1]；黄尚瑶，《中国温泉资源—1∶600万中国温泉分布图》[2]及说明书；汪集旸等，《中低温对流型地热系统》[3]；陈墨香和汪集旸，《中国地热资源：形成特点和潜力评估》[4]；廖志杰和赵平，《滇藏地热带—地热资源和典型地热系统》[5]。这些工作主要为地热领域的科研工作者对我国地热资源的基本条件、分布特征及成因机理等方面的研究，为我国的地热资源勘探开发起到了指导作用。

油田地热的研究方也受到了关注，20世纪80年代末至90年代初，汪集旸、汪辑安等在华北油田、辽河油田开展的地温场、岩石圈热结构以及部分地热资源方面的研究是该领域较早的研究工作。此后，石油系统开展了一些系统的地热资源

调查，包括大港、冀东、华北油田以及四川、大庆等地区，做了详细的地热资源评价。基于中国石油天然气总公司1995～1997年对华北油田矿区所在的京津冀地区的地热资源全面调查，阎敦实和于英太主编了《京津冀油区地热资源评价与利用》[6]，此项工作是我国石油公司首次全面系统地对油区地热资源进行的调查和研究工作，反应了石油公司对地热资源的关注。

直至21世纪初，能源短缺和减少碳排放是国际社会面临的重大问题，可再生能源得到石油系统的关注。2003年，中石油组织进行了可再生能源方面的研究，从风能、太阳能、氢能、生物燃料等几种类型的可再生能源中，选了4个可再生能源：风能、太阳能、地热、生物质能。同时，辽河、华北等油田又开展了一些地热资源调查方面的工作。2005年2月28日举行的第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议上，审议通过了《中华人民共和国可再生能源法》，该法明确指出，地热能属于可再生能源家族中重要成员之一。此后，地热能源的勘探开发进入了一个相对快速的发展时期，并出版了一些地热学方面的基础性、系统性专著，如邱楠生等，《沉积盆地热体制研究的理论及应用》[7]；朱家玲等，《地热能开发与应用技术》[8]；徐世光和郭远生，《地热学基础》[9]；汪集旸等，《地热学及其应用》[10]。

地热利用方面，主要为浅层地热（0～3km）的直接应用。间接利用，即地热发电方面，我国虽起步较早，却发展缓慢，至21世纪初，实际运行的地热发电厂只有西藏羊八井、那曲、朗久，广东丰顺，湖南灰汤五座，实际生产电力的装机容量仅为28.78MW。

二、地热学研究和地热资源产业前景

地热能分为浅热、水热和干热三种类型，其利用方式分直接利用和地热发电两个方面[11]。我国浅层地热能直接利用量居世界第一位；地热发电方面，虽然在羊八井等地区地热发电一直持续，但全国地热发电规模较小；增强型地热系统的研究还处于起步阶段。总体来看，我国地热资源勘探开发和科学研究的发展体现出以下几个特点。

1.国家层面开始关注，政策、法规相继出台

目前国家层面的法规有2005年审议通过，2009年进行了修订的《国家可再生能源法》、国家发改委2005年颁布的《可再生能源产业发展指导目录》等，此外，针对当前备受关注的新能源产业过剩问题，国家发改委受国务院委托，正在编制《可再生能源发展指导意见》，出台后将成为指导、规范可再生能源发展的另一份纲领性文件。国土资源和国家标准化委员会于2010年制定，2011年正式颁布了《地热资源地质勘查规范》(GB/T 11615-2010)，取代了之前的标准(GB/T 11615-1989)。这一系列政策法规和行业标准的集中出台，反映了国家层面对地热资源的关注。地热资源开发引起了国家领导的直接关注。2012年4月份，温家宝与傅成玉访问冰岛，协议成立了专业的地热资源勘探开发公司。2013年4月，李克强总理关注下，国家开发银行与冰岛奥卡公司签署了地热开发协议。2015年4月，国家能源局颁发了《关于进一步做好可再生能源发展“十三五”规划编制工作的指导意见》，明确提出要加快包括地热能在内的可再生能源的技术装备和产业体系建设。

2.地热勘探开发和研究机构发展迅速，地热产业如火如荼

国家层面的关注引起了相关政府机构和国有能源企业的重视，近几年，相继成立了许多高层次的地热资源勘探开发和研究机构。其中，较高层次的单位有国家地热中心(挂靠中国石化新星石油公司)、中国地质调查局地热资源调查研究中心等；主要的勘探生产单位有中国地质调查局水文地调中心、中国地质科学院水文地质环境地质研究所、天津地热勘查院等；高校和科研机构中，如中国科学院地质与地球物理研究所地热研究中心、天津大学地热研究中心、西安交通大学人居环境与工程建筑学院地热实验室、中国石油大学(华东)地热与可再生能源研究中心等；一些省市级的地调、勘察单位也陆续成立了地热资源调查机构。三大石油公司中，中海油成立了专业化的新能源公司，在渤海地区进行地热资源勘探开发；中石油的大庆、华北等油田都有相应的地热机构，其下属的石油勘探开发研究院，设有非常规能源研究室，其中有专门的地热研究人员；中石化是目前地热资源勘探开发规模最大、科学研究较为深入的国有能源公司。在国家政策带动和相关单位的促进下，地热产业发展迅猛。国家机构进行了系统全面的地热资源调查和研究，中国地质调查局、中国科学院地质与地球物理研究所等发布了全国地热资源潜力评估报告[12-13]，对我国地热资源的潜力进行了评估。目前，全国性的地热资源调查工作仍在多个层面进行，中石化、中石油的地热勘探开发工作取得了重要进展，如在河北

省，中石化地热井140口，供热站76座成功打造了“雄县模式”；中石油参与建设的肯尼亚地热发电项目也取得了良好的效果。

3.基础科研启动，高级别研究课题不断出现

2010年以来，与地热资源勘探开发利用的国家级研究课题集中相继立项。比较有代表性的，有“863”课题两项：一是“干热岩热能开发与综合利用关键技术研究”，承担单位为吉林大学、中国科学院地质与地球物理研究所、清华大学、天津大学等，以我国干热岩资源开发利用为研究对象，对提升我国干热岩的开发利用技术水平具有重要意义；二是“中低温地热发电关键技术研究与示范”，承担单位为天津大学、江西华电、中科院广州能源所等，该课题旨在在进一步科学评估我国中低温地热发电潜力的基础上，整合全国的科技优势资源，组成产业技术创新战略联盟，围绕地热能开发利用的关键技术和共性技术展开联合攻关，并建立若干示范工程进行各类地热利用新技术的集中示范应用，为未来地热能的低成本规模化利用奠定基础。此外，与地热有关但并不以地热资源为研究对象的“863”课题还有“深部煤岩体温度场特征及热害防治对策”等。2013年3月，中国工程院的咨询研究项目“我国地热资源开发利用战略研究”启动。在国家十三五规划对新能源的重视之下，预计有关地热的开发研究将不断推进和深化。

4.地热资源系统性、深层次综合利用，由粗放到精细

与温泉洗浴、农业养殖等直接利用相比，地热发电和中高温的地热开采，需要更精细的技术要求。比如目前西藏地区地热发电就面临较多的技术难题，一是地热资源勘探方面，需要有科学的选区，一旦打空，各种损失惨重，一般企业承受不了；二是地下地质条件复杂，回灌困难，特别是裂缝性地热田回灌尤为困难，需要更多的科研和技术支持。基于此，2012年6月，中国石化依托新星石油公司成立了国家地热中心，其职能为负责地热资源勘探开发的规划、监测、指导，并承担部分人才培养职能。目前，该中心初步建立起了相对系统的科技支撑体系，发展完善了包括资源调查及评价、钻井工艺、尾水回灌、换热技术、有效组分利用、地热发电等在内的地热资源勘探开发的系列技术体系，标志着我国地热资源的利用向系统性和深层次的综合利用发展。

三、地热产业发展面临的问题与地热学学科建设

1.地热资源产业面临的问题

目前，我国地热资源产业面临地热利用技术发展滞后且人力资源匮乏、基层研究力量较薄弱的现实问题。近20年来地热发电停滞不前，以致地热发电技术远远落后于世界先进国家。地热直接利用虽然发展较好，但也存在资源利用效率较低的问题，没有形成资源梯级开发综合利用的最佳模式。地热成井工艺、回灌技术以及结垢和腐蚀等技术问题较难处理，研发工作没有跟上。虽然国内重要的地热研究机构在地热学研究方面具有较高的水平，但基层勘探开发队伍中，专业技术人员较为缺乏。20 世纪70～90 年代，中国呈现地热能开发利用热潮，培养了一大批技术人才，但近20年来人力资源匮乏，高校中已经没有了地热学相关专业。目前地热资源勘探开发方面的技术人员主要为水文地质、工程地质等专业人员，对地热学理论知识地热资源勘探开发技术掌握不够系统。

2.地热学学科建设

国内的地热科技工作者曾提出了地热产业长远发展必须首先解决的两个问题，其一，加强技术研发，实施技术示范工程；其二，重点扶持优秀地热能研发团队，提高自主创新能力。而实现这两点的直接途径，就是加强对地热学专业技术人员的培养。

现代地热能技术与以往相比，更加富于挑战性，涉及多个学科与专业。从产业性质来看，一个完整的“地热专业”，专业链很长，除包括地热地质外，还应包括热储工程、热能工程、环境工程、钻井工程等。地球科学专业领域进行地热学学科建设，可先从两方面着手。一是加强与地热勘探开发单位的合作，产学研结合，通过合作地热科研项目，培养地热领域的研究生；二是从开设地热地质课程开始，在地质工程、勘查技术等专业的学生中，加强地热地质学的教育。长远来看，可考虑结合石油工程、地球物理勘查等相关学科，设立地热学专业，为地热勘探开发培养一线人才，并注重专业建设的综合设计[14]。

致谢：感谢中国石油勘探开发研究院阎家泓、王社教及国家地热中心刘金侠等同志在笔者资料调研时给予的帮助和指导。

[1] 陈墨香. 华北地热[M]. 北京: 科学出版社, 1988.

[2] 黄尚瑶. 中国温泉资源—1:600万中国温泉分布图. 北京 :中国地图出版社, 1993.

[3] 汪集旸. 中低温对流型地热系统[M]. 北京: 科学出版社,1993.

[4] 陈墨香, 汪集旸. 中国地热资源：形成特点和潜力评估 [M]. 北京: 科学出版社, 1994.

[5] 廖志杰, 赵平. 滇藏地热带—地热资源和典型地热系统[M]. 北京. 科学出版社, 1999.

[6] 阎敦实, 于英太. 京津冀油区地热资源评价与利用[M]. 武汉: 中国地质大学出版社, 2000.

[7] 邱楠生, 胡圣标, 何丽娟. 沉积盆地热体制研究的理论与应用[M]. 北京: 石油工业出版社, 2004.

[8] 朱家玲. 地热能开发与应用技术[M]. 北京: 化学工业出版社, 2006.

[9] 徐世光, 郭远生. 地热学基础[M]. 北京: 科学出版社, 2009.

[10] 汪集旸. 地热学及其应用[M]. 北京: 科学出版社, 2015.

[11] 庞忠和，胡圣标，汪集旸.中国地热能发展路线图[J]. 科技导报, 2012, 30(32): 18-24.