基于SWOT模型的中国地热资源开发利用战略研究

赵　洋，张　艳，鞠美庭，严　利

(1.南开大学环境科学与工程学院，天津 300071；2.中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037；3.科学技术部科技人才交流开发服务中心，北京 100045)

基于SWOT模型的中国地热资源开发利用战略研究

赵洋1，张艳2，鞠美庭1，严利3

(1.南开大学环境科学与工程学院，天津 300071；2.中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037；3.科学技术部科技人才交流开发服务中心，北京 100045)

摘要：本文通过构建SWOT模型，对我国地热资源开发利用状况进行全面的分析，认为我国地热资源在地质特征上具有一定的优势，同时，部分地区利用已成规模。但是总体来说，我国地热资源在开发利用上还存在一定的问题，影响了地热资源的可持续性利用。随着我国新能源开发的深入，要对地热能利用进行合理的调控，从中央到地方建立完善的管理体系，通过总体开发规划的确认，相关法律的制定，综合利用方式的推广等措施，保障我国地热资源的可持续发展。在实证分析中，本文选择M县作为案例，结合AHP层次分析法，对影响当地地热开发利用的主要因素进行分类，建立M县开发利用评价模型，提出对策建议，以推进当地地热资源的开发利用。

关键词：地热资源；SWOT模型；可持续发展；AHP层次分析法

国际能源专家普遍认同，新能源和可再生能源是 21 世纪必将得到重视和飞速发展的能源矿产。其中，地热资源因其覆盖面积大、环保性强等优势被各国作为缓解能源紧张和防治污染的重要能源之一。在刚刚公布的《2016年能源工作指导意见》中明确指出，在京津冀等北方城镇地区推广中深层地热能集中供暖，在长江中下游地区推广地源热泵供暖制冷应用，推进西藏高温地热发电项目建设和中低温地热发电试验。

地球内部地热能的总量，相当于1.7亿倍全球煤炭的总储量，而每年从地表散失的热量，与1000亿桶石油燃烧产生的热量相当，这样计算下来，地热资源要比水力发电的潜力高100 倍[1]。运用地热能源最简单和最合乎成本效益的方法，就是直接抽取这些热源，并利用其中的能量。同时，地热在运用过程中所产生的二氧化碳的排放量，较常规化石能源来说较少，具有很大优势。因此，在成熟的技术条件下，新开发的地热系统可以取代部分逐步被淘汰的传统能源系统。

1我国地热资源开发利用SWOT分析

SWOT分析模型包括优势(strengths)、劣势(weaknesses)，机会(opportunities)、威胁(threats)四个部分，各个部分彼此相关联，涵盖了生产和生活中的各种状态及其所处的环境系统，用SWOT框架对我国的地热资源开发利用进行模拟，并且将可持续发展的思想灌输到整个过程当中，这对于我国地热资源的发展和利用，具有非常重要的现实意义。

1.1优势分析

1)数据显示，我国的地热资源约占全球资源量的六分之一，其中，浅层地热能每年可利用量达到3.5亿t标准煤，中深层地热能每年可利用量达到6.4亿t标准煤；干热岩现在正处在开发阶段，资源量相当于860万亿t标准煤[2]。

2)我国重点城市浅层地热能资源量为2.78×1020J，每年减少的二氧化碳排放量达到6.52亿t；主要平原(盆地)沉积盆地热资源储量为2.5×1022J，每年可减少二氧化碳排放量为14.0亿t；我国温泉区的放热量总计可达1.32×1017J，每年可减少二氧化碳排放5930万t[3]。

3)我国从20世纪70年代中期已经开始地热资源的勘探利用，经过多年的发展，在部分地区已经形成了以高温发电、供热取暖、温泉洗浴、热水医疗和农业种植、水产养殖为主的地热资源综合开发利用体系。

1.2劣势分析

1)如果地热资源开采，不能够保证科学合理、节制有序，也会对所开发地区的环境造成巨大的危害。地面沉降、热污染、化学污染、气体污染都是在地热资源开发过程中必须面对的问题。

2)就目前的情况来看，尽管我国地热资源比较丰富，但是各地对于地热作为替代性矿产资源的认识还不够全面，技术比发达国家滞后。我国增强型地热系统的研究开发起步较晚，高温地热发电的资料欠缺；浅层地热能中地源热泵利用的问题很多，热能的利用率较低[4]。此外，地热开发的回灌技术、地热井的结垢、设备腐蚀等问题也由于技术的限制，尚未全部解决。

3)按照循环性能源行业生命周期规律，地热资源在开发初期运营成本较高、风险较大，高额的成本抑制了地热等资源的市场发展，反过来，市场的局限性又会给可再生能源的开发利用增加一定的压力，长此以往，并不利于地热资源的开发和利用[5]。

1.3机遇分析

1)我国的传统化石能源是较为稀缺的。自1992年起，人均能源生产量就已经出现缺口；我国对于石油的需求也在持续增大，2014年，石油储量仅占世界的1.1%，产量也只占世界的5.0%，消费量达到了世界的12.4%；2014年，我国的煤炭基础储量已不足2500亿t，较2002年减少900多亿吨。

2)能源结构的不合理对我国环境保护造成了较大的影响。2014年，我国煤炭和石油的消费量占国家能源消费总量的83.1%，而可再生能源所占的比重非常小，仅占11%。同年，碳排放总量为97.61亿t，比上一年增长了0.9%，占世界碳排放总量的27.5%，碳排放的程度与我国的经济发展水平基本同步增长(图1)。

图1 碳排放量及国内生产总值增长趋势(数据来源：BP世界能源统计2015，国家统计局)

1.4威胁分析

1)对地热资源的属性存在认识上的错误。地热需要水作为载体传输热能，但是，对于地热的开发利用并不能说是水本身，在我国的法律里明确规定，地热是能源类矿产，地热水不同于地下水。

2)地热资源开发利用的法律体系不完备。在新能源立法体系中，我国缺乏地热资源的专项立法。而与之相关的具体规定，大多为部门规章，甚至于地方法规，现实中，法律的实施也经常会相互矛盾[6]。

3)对地热开发利用的管理不到位。如上所述，地热水的矿产资源属性仍然没有在法律中得到完全的确认，这一状况致使各行政部门在进行地热资源管理时，职能交叉重复，政出多门；由于动态管理不完善，地热开发的准入门槛低；相关职能部门对地热资源开发的激励机制还未完善。

4)地热开发产业同质化严重，热能利用率低，资源浪费比较严重。因为缺少整体规划，不少地热井权属问题严重。中国工程院院士，国家地热能中心指导委员会主任曹耀峰介绍，连续多年地热资源的利用中，我国已居世界首位，但是我们主要是温泉洗浴，发电仅仅排名在世界第18位，这些都是值得关注的问题[7]。

综合以上分析，可以找出我国地热资源开发利用所面临的机会和潜在威胁，及自身所具有的优势和劣势，利用SWOT矩阵分析工具，可以通过四个象限进行归纳与提炼，深入分析我国地热资源的总体情况，并从中梳理出切合的发展方向(表1)。

2地热资源开发利用案例评价

本节将采用层次分析法，以定性和定量相结合的方式对M县地热开发利用的情况进行评价，找出影响发展过程的主要因素并分析原因，探讨相关的对策和方案，为M县地热开发利用提供科学依据。

层次分析法(AHP)是将研究的问题按总目标、子目标、决策方案的顺序分解为不同的结构。本研究结合已有的资料、调查数据，邀请专家对矩阵的指标进行权重赋值，最终经过YAAHP软件计算得出结果。

2.1第一步，应用软件建立模型

应用AHP进行研究。确定目标层：M县地热开发利用评价；中间层：影响M县地热发展的现状要素，将中间层划分为资源条件、开发利用率、管理水平3个方面。资源条件包括储量、水质、分布范围；开发利用效率包括，环境污染状况、回灌水平、综合利用率；管理水平包括地热勘探程度、政府监管、相关矿权设置及总体开发规划。最后，综合各方因素，构建出M县地热开发利用评价的层次结构模型，包括3个一级指标和10个二级指标(图2)。

2.2第二步，模型结果输出

表1　中国地热资源开发利用的SWOT分析矩阵

表2　M县地热开发利用现状评价

注：一致性比例(CR)：0.0236；对“M县地热开发利用现状评价”的权重：1.0000；λmax：3.0246。

2.3第三步，结合模型，进行现状分析

目前，M县现使用的地热井约有10口之多，当地油田区约3口，M县约7～8口，油田区的多为采油的伴生水，M县所用多为馆陶组水层，水温多为35℃上下，多数热水井用于供暖、洗浴，这些井大多为当地自行开采井，矿权归属不详。M县地热自开发利用以来，一直处于比较盲目的状态，无序打井、无序开采、无序排放的情况相当普遍。可以说，M县地热资源开发的状况并不尽如人意：

1)区域地热资源比较丰富。在一级指标中“资源条件”(0.6833)的权重明显大于另外2个方案的权重，由权重值可以看出，目前，当地的地热资源状况具有一定的优势，M县的北部，地热资源均较为丰富，并且已知的地热井产水温度大多在70℃以上，最高达104℃，日产水多在1200m3以上。这是M县地区开发地热资源及发展相关产业较为重要的因素。

2)区域地热开发利用现状堪忧。与丰富的地热资源相比较，可以看出，M县地热开发利用的效率(0.1168)和地热资源管理水平(0.1998)相对较弱。对10个二级指标的权重进行分析(表3)，可以看出，粗放式开发利用地热资源，不注重尾水回灌和综合利用，造成了一定的浪费和环境污染。管理过程中，权重较大的是勘探程度，这也是多年来，相关部门重视地热开发的结果，但是综合来看，M县地区地热开发的总体规划并不完善，地热资源开发利用的监管和矿权设置也不尽人意。这些都是制约着当地地热资源开发利用的关键原因。

图2　M县地热开发利用评价模型

现状要素权重现状要素权重方案权重分布范围0.3037热水集约利用0.3289资源条件0.6833储量0.3037重视尾水回灌0.2960水质0.0759加大综合管理能力0.1433环境污染程度0.0871热水分层管理0.2319开发利用效率0.1168回灌水平0.0183综合利用率0.0115管理水平0.1998勘探程度0.0989监管程度0.0464地热矿权设置0.0273总体开发规划0.0273

3)资源的利用缺乏规划，浪费严重。M县的地热井零星分布，热水利用较为初级，大多热水井都用于供暖、洗浴，及少量养殖，利用率较低，资源浪费严重。这些热水都没有实现梯级利用，在供暖之后，很大一部分尾水的温度达到30℃～40℃，弃水温度较高，造成了资源的严重浪费。

4)地热井的产权模糊，后期开发力量薄弱。在M县，甚至周边的很多地区，地热资源的开发利用没有形成规模化，很多热水井都是当地的小企业主自发开采的，花费的人力物力很大，但是由于后期资金的缺乏，不少热水井自出水之日起，就一直未投入利用。

5)由于开发的盲目性，造成了一定的环境污染。地热资源的开发要求“一采一注”，必须要有回灌井，用以延长生产井寿命并减少环境污染。但是，当地的很多地热井由私人开发，对于地热回灌不是很重视。地热井开采过程中的“跑、冒、滴、漏”以及地热尾水外排，使得地下水能量逐步衰竭，流向地表的尾水造成了土地的盐碱化和地表水源的污染。

可以看到，M县地热资源开发利用的程度并不十分理想，资源的可持续利用总体水平不高。因此说，对于M县地热资源最紧要的是加强资源的集约利用，保护环境，重视尾水回灌，这都需要在现有理论和技术成果的基础上加大综合管理的能力。

3M县地热开发利用建议

M县的地热资源开发利用具有很大的潜力。在国家和地区政策的影响下，在建设社会主义新农村大环境的带动下，M县对于地热资源的需求会逐年增长。

首先，分层管理，对区域内的热水资源进行合理的规划。M县区域内有三套热水储层，自下而上为：中上元古界的硅质白云岩及下古生界的白云岩、灰岩；下第三系的砂砾岩层；上第三系的砂岩。每个热储层的地热水的温度、矿化度、有所不同，因此应分层管理。对于上第三系的热水，由于水质较好，温度适宜，可以做多用途使用；中上元古界和下第三系的水，因为水质问题，不宜直接作为饮用矿泉水、农业灌溉和水产养殖，但是可以利用其热量发展农业种植养殖。M县有关部门在进行地热水开发过程中，应该针对全部区域的热水资源进行整体勘察，组织编写总体的地热资源开发规划，作为地热投资主体的参考资料。在项目审批过程中，应对其开采区域和开发方式进行审查，对于不符合热储特点的开发一律予以否定，避免对资源的破坏和浪费。

其次，集约利用，转变地热利用的旧方式。上文所述，M县及周边地区，地热水大部分变为了“洗澡水”，基本用于温泉开发和小区取暖，白白浪费了大好的热水。集约利用要求重视地热资源的梯级利用：做好所需热能量的计算，并实行梯级热能分配，提高热能利用率，防止损耗；合理提取热水，采用先进技术监控热水开采量，节约用水；严格控制尾水排放，充分利用地热，防止污染[8]。M县具有丰富的淡水资源，在利用温泉开发旅游业的同时，还可以利用地热温度发展淡水养殖及农业种植，主要涉及越冬动植物的生长。地热的集约化利用，可以提高M县中低温地热水的利用率，使地热资源的利用更为合理和经济。

再次，重视地热水回灌，保护当地环境。前文所述，地热水回灌是目前地热资源利用的一个难题，也是必须面对和亟待解决的。根据《农业灌溉水质标准》，M县部分地热井水质全盐量超标，根据《渔业水质标准》，汞、铜、锌、氟化物超标，不能直接用于水产养殖。可以说，M县的地热水直接向地表排放，必然会造成地表环境的污染，也不利于地下热能的恢复。M县应该开始回灌研究的工作，由政府全额或部分自助，提高回灌技术水平。在管理上也应严格要求，新的地热利用项目必须要求有回灌井的建设，已存在热水井的地区在允许情况下必须补建回灌井。

最后，政府搭建平台，业主联合，实现规模化利用。由于地热属于新能源，并且初期投入过高，技术不成熟，政府的关注度不大，在M县及周边地区，很多地热井由于资金缺乏处于空置状态，需由政府积极地引导和帮助。第一，政府应搭建地热开发的平台，扩大M县的地热资源对外宣传面，加大招商引资力度，同时联合当地的地热企业协同合作，共同开发；第二，政府要从技术和资金等方面为企业提供帮扶，出台地热开发的优惠政策，协助地热企业进行资源的开采和利用；第三，在帮助和扶持的同时政府还要加强对企业的监管，防止盲目开发，过度开采，保证地热资源的可持续利用。

参考文献

[1]汪集旸.地热能开发利用与节能减排[R].2012.

[2]吴新雄，吴新雄.科学、清洁、高效、可持续地发展地热能[J].能源，2014(3)：38-39.

[3]蔺文静，刘志明，王婉丽，等.中国地热资源及其潜力评估[J].中国地质，2013(1)：312-321.

[4]关锌.我国地热资源开发利用现状及对策与建议[J].中国矿业，2010，19(5)：7-9.

[5]郭丽华，孙友宏，王璐.中国地热资源融资模式的探讨[J].世界地质，2009，28(4)：533-538.

[6]袁华江.地热资源的法律性质及其规制探析[J].鄱阳湖学刊，2011(5)：79-86.

[7]中国地热资源利用居世界首位 地热能源发展前景广阔[EB/OL].http：//www.chinanews.com/ny/2014/11-25/6812865.shtml

[8]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.

Strategical study of China’s geothermal resource development and utilization based on SWOT model

ZHAO Yang1，ZHANG Yan2，JU Mei-ting1，YAN Li3

(1.College of Environmental Science and Engineering，Nankai University，Tianjin 300071，China；2.Institute of Mineral Resources，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing 100037，China；3.Exchange，Development & Service Center for Science & Technology Talents，The Ministry of Science & Technology(MOST)，Beijing 100045，China)

Abstract:By constructing a SWOT model，this paper makes a comprehensive analysis of the development and utilization of geothermal resources situation in our country.The geothermal resources of our country have certain advantages in the geological characteristics；meanwhile，the using has become a scale in some parts.But there are many problems in the development and utilization which affect the sustainable use of geothermal resources.We must adopt adequate measures to guarantee the geothermal energy sustainable development，including reasonable regulation，overall development plan，formulation of laws，and promotion of comprehensive utilization.The empirical analysis has been done on utilization of geothermal resources situation of M County using Analytic hierarchy process (AHP) method，and put forwards some countermeasure and suggestion to promote the development and utilization of local geothermal resources.

Key words：geothermal resource；SWOT model；sustainable development；analytic hierarchy process (AHP)

收稿日期：2016-01-25

基金项目：中国地质调查局地质调查子项目“中国战略性矿产安全评价与支持系统建设”资助(编号：12120114052901)

作者简介：赵洋(1977-)，女，河南南阳人，博士后，主要从事矿产资源评价、排污权交易政策研究。E-mail: hhyy21@126.com。 通讯作者：张艳(1980-)，女，河南洛阳人，博士后，副研究员，主要从事能源经济与政策研究。E-mail: wangzhebox@vip.sohu.com。

中图分类号：TD989

文献标识码：A

文章编号：1004-4051(2016)06-0044-05