我国地热能直接利用产业现状及发展对策研究

中国石化集团新星石油有限责任公司国家地热能源开发利用研究及应用技术推广中心 ■ 谷雪曦李欣

我国地热能直接利用产业现状及发展对策研究

中国石化集团新星石油有限责任公司
国家地热能源开发利用研究及应用技术推广中心 ■ 谷雪曦*李欣

介绍了近年来我国地热能直接利用产业的发展现状、技术现状，分析了该产业存在的主要问题，并提出了相应的发展对策。

地热能直接利用产业；技术系列；发展对策

0　引言

地热能是一种绿色低碳、可循环利用的可再生能源，具有储量大、分布广、清洁环保、稳定性好、利用系数高等特点，开发利用地热能有利于调整能源结构、节能减排、改善环境，对于未来能源供应与节能减排有巨大潜力。

地热能可以划分为浅层地热能、中深层地热能及干热岩3大类。浅层地热能主要通过地源热泵开发，用于供暖/制冷。中深层地热能按开发利用目的，可分为中低温地热能(25 ℃≤温度＆lt;150 ℃)及高温地热能(温度≥150 ℃)，其中，中低温地热能主要用于地热能直接利用。

1　我国地热能直接利用产业发展现状

我国开发利用温泉已有2000多年的悠久历史，是世界上利用地热资源最早的国家之一。我国地热能直接利用方式包括地源热泵、地热供暖、温泉洗浴、温室大棚等。近20年来，我国地热能直接利用装机容量及年利用量居世界首位，其中，地源热泵是地热能直接利用最主要的方式。2014年底，随着开发利用技术的发展，地热供暖首次超过温泉洗浴成为中低温地热资源最重要的利用方式，如图1所示[1]。我国地热能开发利用的能源性、技术性得以突出。

图1　2014年底我国主要地热能直接利用方式占总装机容量及年利用量百分比

1.1地源热泵供暖/制冷

我国在20世纪90年代末开始发展地源热泵，2004年迅速发展，年增长率持续超过30％。目前，我国31个省/自治区/直辖市均有地源热泵系统工程，有超过7000个地源热泵供暖/制冷项目。总体上看，地源热泵项目主要集中在我国华北和东北南部地区，包括北京、天津、河北、辽宁、河南、山东等省市，约占全国的80％。建筑物类型主要集中在办公楼、宾馆、医院、商场、学校和住宅等。至2014年底，我国地源热泵机组总装机容量为11.78 GWt，地热能年利用量为100311 TJ/a[1]。

至2015年底，我国地源热泵供暖/制冷面积达5亿m2。沈阳市有超过4300万m2建筑使用地源热泵供暖/制冷，北京约有4000万m2，山东省约有3000万m2。非传统集中供暖区的长江中下游、江淮之间的冬季集中供暖已提上日程，地源热泵发展面临难得的机遇。

1.2中低温地热能直接利用

1.2.1地热供暖

至2015年底，我国中低温地热供暖面积达到1.02亿m2，地热供暖涉及陕西、河北、山东、辽宁、北京、天津、黑龙江、河南、山西等十几个省/直辖市。其中，天津中低温地热供暖面积约为2000万m2，河北省地热供暖面积约为1800万m2，随后依次是山东、陕西、北京、河南等地。至2014年底，我国地热供暖开发利用地热能装机容量为2946 MWt，地热能年利用量为33710 TJ/ a[1]。地热供暖以天津市、陕西省、河北省为代表，目前已成功打造了“雄县模式”与“咸阳模式”。

1.2.2温泉洗浴

地热水中富含丰富的矿物质，具有珍贵的医疗价值。至2014年底，我国温泉洗浴开发利用地热能装机容量为2508 MWt，地热能年利用量为31637 TJ/a[1]，以北京和东南沿海为代表。

1.2.3温室种植和水产养殖

随着经济发展和人民生活水平的提高，地热能更多的用于温室种植和水产养殖，利用技术也不断提高，很多高水平的温室大棚在北京、天津等大城市和滨海地区出现。至2014年底，我国温室种植和水产养殖开发利用地热能装机容量分别为154 MWt和217 MWt，地热能年利用量分别为1797 TJ/a和2395 TJ/a[1]，以华北平原为代表。

2　我国地热能直接利用产业技术现状

2.1地热资源勘查技术

地热资源勘查技术主要包括地球物理勘探法、地球化学勘探法和遥感法。目前，我国地热资源勘查技术以电法、大地电磁法为主，勘探深度不超过2000 m。地热资源勘查技术总体上比较成熟，已在西藏、天津、北京、陕西、河北、河南、山东、四川、新疆等地区地热资源勘查中得到了广泛应用。今后的发展趋势是整合现有的地质、物探和化探等多种地热勘查技术，优化评价方法，针对不同类型的深层(＆gt;2000 m)地热田形成有效的资源综合勘查技术，提高地热勘探开发成功率，有效降低勘探成本。

2.2地热资源评价技术

地热资源评价方法包括热储体积法、地表热流量法、类比法、解析模型法、统计分析法、数值模拟法、可采系数法等[2]。在开展评价工作时，依据地热资源类型和研究程度，选择一种或几种适合的评价方法。

目前，地热资源评价技术以热储法最为成熟，得到了广泛应用。国土资源部于2009年组织开展的《全国地热资源潜力评估》工作中，采用放热量法计算评价对流型地热资源量，采用热储法、类比法计算评价传导型地热资源量，基本掌握了我国地热资源的分布特征，初步选定了地热开发有利目标靶区。未来的发展趋势是深入研究不同类型地热资源的成藏模式和发育机理，分析成藏主控因素，总结不同类型地热资源的富集规律。

2.3地热钻井成井技术

针对不同深度、地层和岩性特点，我国基本形成了适合不同热储类型的井身结构优化设计、低密度流体钻井、热储层物化特性录井及有效储层评价等中低温地热井钻井工艺技术。在中低温地热井成井技术方面，已根据砂岩孔隙型和基岩裂缝型等不同储层性质形成了适合高效开发的多种井身结构，并钻成了目前我国最深的地热井(咸阳人民银行井，井深4250 m)，井口出水温度达到126 ℃。在高温地热井钻完井技术方面，我国在肯尼亚OLKARIA地区完成了一批高温地热井，最高地层温度达到了350 ℃，初步形成了高温定向钻井、井筒降温、钻头选型、空气泡沫钻井液等高温地热井钻井技术。未来的发展趋势是继续开展高温地热井钻完井技术探索研究和试验应用，形成高温地热井成井工艺及配套技术。

2.4换热器换热技术

在地热开发中，主要利用板式换热器进行换热。通过优化换热器板型、流道、板间距，提高换热器传热效率，使换热器在单位时间内、单位传热面积上传递最多的热量。今后的发展趋势是针对不同地区的地热水水质开展换热技术研究，优化换热器类型及换热材质。

2.5地源热泵技术

按能量采集系统形式的不同，地源热泵技术分为地下水源热泵技术、地表水源热泵技术和土壤源热泵技术[3]。目前，地源热泵的能效比可达到4.5～5.0。

今后，通过深入研究地埋管换热器的传热机理，研发新型热泵技术(如CO2热泵)、高性能钻孔回填材料，实现热泵系统热平衡，提高系统能效比。

2.6地热资源梯级利用技术

根据“品位对口，梯级利用”的用能思想，地热资源梯级利用技术可实现地热发电、建筑供暖/制冷、温室种植、水产养殖和温泉洗浴的梯级利用，大幅度提高地热能的利用效率。目前地热资源梯级利用技术已应用在河北博野。

2.7地热尾水回灌技术

1982年初在北京城区地热田东南部进行的回灌试验是我国最早的地热回灌项目。目前，天津市、陕西省的地热回灌已经具有一定规模，山东、河南等地也开展了回灌技术应用。砂岩储层高效回灌技术一直是世界性难题，中国石化开展了回灌技术攻关，对陕西咸阳、山东乐陵和商河等地砂岩热储层进行喷砂射孔改造并对回灌尾水进行多级处理，采用自然回灌的方式，大幅度提高回灌率。目前，咸阳、乐陵地区两口回灌井的回灌率均高于80％。

今后需结合地质构造、储层物性特征开展砂岩回灌试验研究。从精准识别回灌层、解决地层堵塞问题、优化地面配置设备等方面进行研究，提高地热尾水回灌的效率，减少地热尾水的直接排放，保证砂岩地区地热能开发的良性循环及可持续发展。

2.8智能管理、高效运营信息化系统技术

通过建设监测站网，实时监测、评价系统各环节能耗，采取气候补偿、热平衡调节、自动控制等技术优化系统运营，提高热效率，降低运行成本，提高系统运行的稳定性和安全性。目前，我国已在咸阳、雄县地区多个换热站实行自动化运营监测。今后将继续完善以地理位置为平台，集开发过程管理、运营动态监测、地热可持续利用分析、信息网络发布等功能于一体的信息化管理系统。

3　我国地热能直接利用产业存在的问题

3.1资源勘查程度低

迄今为止，我国尚未进行全面系统的地热资源调查评价工作，对我国地热资源潜力的认识尚停留在估算水平上，对地热区(田)的勘查评价仅限于北京城区、天津城区、河北雄县、西藏羊八井等少数区段。目前，经资源储量管理部门审批可供进一步勘查开发规划的地热田为103处，约占已发现地热田的1/3；已开展或正在开展浅层地热能调查的城市仅占我国地级以上城市的1/10。资源的不落实影响国家和各级政府地热能资源开发利用的宏观决策，并影响企业实施具体的地热能工程项目。

3.2设备制造业水平低

地热能直接利用设备包括地源热泵、中低温发电系统、高效地热钻探设备、换热器、尾水回灌设备和地热水处理设备等。相比于国外地热设备，国内生产的设备存在效率相对较低、耐用性相对较差、新技术应用相对较少等问题。

3.3管理体制不完善

地热能开发利用管理职能分散在国土、住建部等部门，管理体系的不完善限制了地热能资源的开发利用，也导致地热能开发中出现问题后无法得到有效解决。

3.4国家扶持政策力度不够

地热资源开发技术要求高，投资和风险大，需要政府加大资金投入，促进技术研发，推动地热资源开发利用产业的发展。美国、德国、日本、冰岛等国家在财政补贴、税收减免、贷款担保、专项资金和关键技术研究等方面都有实质性的具体措施；而我国对于地热产业的投入远远不够，地热供暖及地源热泵产业虽已得到国家政策扶持，但力度还不够，而且对于中低温地热资源的开发利用，目前我国尚无相关优惠政策出台。

4　我国地热能直接利用产业发展对策

4.1加强地热资源勘查研究

建议国家出面组织开展全国地热资源勘查，在全国地热资源开发利用现状普查的基础上，按照不同类型地热资源，在具有开发利用潜力且勘查程度较低的地热区(田)开展地热资源勘查，查明我国主要地热区(田)地质条件、热储特征、地热资源的质量和数量，评估我国地热资源潜力，为地热直接利用产业的发展奠定资源基础。

4.2加强设备研发、制造能力

提高地热能直接利用产业设备的制造能力和关键设备的自主研发能力，如热泵、换热器等。争取到“十三五”末，培育出一大批地热能直接利用高端设备的制造企业和新型地热材料的研发机构。

4.3加强完善地热行业法规、标准规范和监管体系建设

加强管理，建议尽快出台国家层面的、有针对性的地热资源管理法规，实现我国地热资源开发利用的法制化管理。形成的管理办法应包括地热水探矿权许可证办理、地热水采矿许可证办理、地热水资源补偿费征收与管理、市场供应价格、环境保护措施等方面。建立和完善地热行业标准规范，推行资格认证、规划审查和许可制度，建立热能利用的市场和环境监测体系。

4.4完善地热优惠扶持政策

建议国家出台专门的优惠扶持政策，包括地热供暖企业财政补贴政策、砂岩回灌配套补贴政策、地热供暖设备用电采用居民用电价格政策等，推动地热能直接利用产业快速发展。

5　结论

我国地热资源丰富，地热市场需求巨大，面对国家产业结构调整、降低能耗、应对气候变化、治理雾霾的发展形势，地热直接利用产业有广阔的发展前景。但该产业存在着资源勘查程度低、设备制造业水平低、管理体制不完善、扶持政策不到位等问题，制约了地热能直接利用产业的发展。本文针对我国地热能直接利用产业的发展现状、技术现状及存在的问题，提出了相应的发展对策，希望促进我国地热能直接利用产业的快速发展，到“十三五”末，实现地热能利用量达到5000万吨标准煤[4]、打造数十个“无烟城”的目标。

[1] 郑克棪, 董颖, 陈梓慧, 等. 我国加速地热资源的产业化开发——2015世界地热大会我国国家报告[J]. 地热能, 2015, (3): 3-8.

[2] Q/SH 1050 011-2015, 水热型地热资源评价方法[S].

[3] GB 50366-2005, 地源热泵系统工程技术规范[S].

[4] 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的意见[N]. 我国石化报, 2013-02-28.

2016-01-25

谷雪曦(1989—)，女，硕士、助理工程师，主要从事地热能勘探、开发利用战略规划方面的研究。guxuexi.xxsy@sinopec.com