双碳目标下地热资源开发利用的创新思路探析

史帅航 过瑞 陈迪 李建峰 杨玲

1 中国航空器材集团有限公司，北京 101312

2 郑州工商学院，河南 郑州 451400

3 河南省地矿建设工程（集团）有限公司，河南 郑州 450053

4 国科健康生物科技有限公司，北京 100195

5中国煤炭地质总局，北京 100037

在2020年9月22日召开的第七十五届联合国大会上，习近平主席提出了“中国二氧化碳排放量力争于2030年前达到峰值，争取在2060年前实现碳中和”的双碳目标。双碳目标的提出，有着深刻的生态背景与社会基础，不仅展示了中国为全球气候保护做出更大贡献的伟大决心，更彰显了党中央致力于打造人类命运共同体的坚定意志。

双碳目标的提出，为各行各业尤其是能源行业提出了有力的挑战[1]。双碳目标能否如期达成，与能源结构的优化和新能源行业的健康高质量发展有着密切关系[2]。本文以地热能行业为切入点，就双碳目标下地热资源开发利用的创新思路进行详细探究，希望能够为地热能行业服务于双碳目标提供参考及借鉴。

1 双碳目标下中国能源发展路径与消费结构

1.1 双碳目标的内涵

“碳达峰”是指二氧化碳排放量在特定年份达到最高值后进入平台期并逐步下降[3]，2020年中央经济工作会议将这一特定年份规定为2030年。

“碳中和”即“净零碳排放”，具体是指特定时期二氧化碳排放量与吸收量保持平衡状态[4]。进一步地，“碳中和”还意味着所有温室气体的“净零排放”。

1.2 双碳目标下的中国能源发展路径

能源领域是落实双碳目标的主战场[5]，在借鉴国际经验、分析国内能源事业发展情况的基础上对其未来发展路径进行大体上的规划十分有必要。通过对发达国家在碳达峰、碳中和领域实践过程的研究，国内学者将其经验归纳为逐步取消煤炭类化石能源发电、加快新能源事业发展、研发碳封存与碳转化技术、推广碳排放交易体系等[6]。

作为世界上体量最大的发展中国家，中国在双碳目标落实过程中一方面要借鉴这类经验，另一方面也要结合具体国情设计独具特色的策略与模式。其一，从能源供给端入手减少二氧化碳的排放：①有计划、有步骤地降低煤炭火力发电在电力市场中的比例，同时通过推广新能源汽车等措施降低石油类化石能源的消耗；②大力发展太阳能、风能、地热能等新能源，提高绿色清洁能源的供给率。其二，从能源需求端入手推动二氧化碳的吸收：①在电力热力、石油及核燃料、化学化工、有色金属、黑色金属、非金属矿物等高能耗行业大力推广节能减排技术，打造绿色工厂，降低单位GDP能耗；②调整国民经济产业结构，积极发展第三产业与高新技术产业；③发展二氧化碳封存与转化技术，逐步实现温室气体再利用；④通过大规模植树造林、推广城乡生态建筑、发展碳排放交易等手段构建碳中和能源供给体系。

1.3 双碳目标下的中国能源消费结构

结合发达国家在碳达峰、碳中和方面的基本特征与发展规律，综合中国能源发展趋势，可以将双碳目标下的能源消费格局变化情况做如下大体上的判断：第一个阶段为过渡期（2021～2030年前后），在这一阶段，煤炭、石油、天然气等传统能源在能源消费结构中所占的比例由目前的85%左右逐步降至60%左右，新能源在能源消费结构中所占的比例则由目前的15%左右逐步上升到30%以上；第二个阶段为转折期（2031～2045年前后），在这一阶段，煤炭、石油、天然气等传统能源在能源消费结构中所占的比例逐步降至50%左右，新能源所占的比例则与之大致相当；第三个阶段为攻坚期（2046～2060年），在这一阶段，煤炭、石油、天然气等传统能源在能源消费结构中所占的比例逐步降至30%左右，新能源所占的比例则升至70%左右。

双碳目标的实现过程，在一定程度上就是碳基传统能源退出历史舞台的过程，同时也是新能源崛起的过程[7]。从这个意义上来看，新能源的开发利用是实现双碳目标的关键所在。

2 双碳目标下地热资源开发利用面临的机遇和挑战

在新能源家族中，地热能是一个较为特殊的成员。它不仅具有绿色低碳、可循环利用的特点，更具有储量丰富、应用模式多元化等优势[8]。就双碳目标而言，提高地热资源开发利用效率并推动地热能行业高质量发展能够为减少碳排放量、优化能源消费结构提供科技创新、产业升级等维度的有力支撑。

2.1 双碳目标下地热资源开发利用面临的机遇

2.1.1 双碳目标为地热资源开发利用提供了重要窗口期

双碳目标关系着中华民族的永续发展和人类命运共同体的建设。在双碳目标的落实过程中，碳基化石能源的地位将逐步下降，而太阳能、风能及地热能将为社会发展提供新的能源引擎。太阳能、风能受日照、季节等因素的影响较大，对储能设施建设有严格的要求，在经济性方面也具有一定的劣势[9]。与之相比，地热资源在赋存方面具有波动小、无间断等明显优势。因此，地热资源开发利用将为双碳目标的达成提供有力的支撑。

近年来，地热资源的开发利用得到了各级政府的高度重视，相关政策陆续出台。双碳目标的提出为地热资源的开发利用窗口期的持续提供了进一步的可靠保证。借鉴发达国家在财政、金融、资金、税收和信贷政策等方面对新能源事业的扶持经验，制定针对地热资源开发利用的财税优惠政策、贷款优惠政策，不仅有利于地热能行业的发展，也能够为其他类型新能源的开发利用提供有益借鉴。

2.1.2 双碳目标能够促进地热资源的内生需求增长

中国拥有全球门类最齐全、链条最完整的工业体系，形成了14亿人口超大规模内需市场。同时，新基建、新能源体系建设有序开展[10]。此外，随着居民收入水平及消费意识的提升，对清洁能源的需求将持续提升。

地热资源的开发利用不仅能够提升绿色清洁能源的供给率，还可以提供新型取暖方式。因此，双碳目标必将有力地促进地热资源内生需求的增长并催生地热资源开发利用的新浪潮。

2.1.3 双碳目标有利于推动地热能资源开发利用的“科技+金融”赋能

双碳目标的提出，必然会掀起一场深层次的能源变革。对于地热能企业及有关的投资机构来说，双碳目标的落实意味着技术、资本等生产要素投入力度的增加。据专业投资机构估计，中国要实现碳中和，新增的投资额将达百万亿级[11]，资本的涌入必然会传导至新能源行业及新能源企业。在这一过程中，作为重要载体的科技和金融将会为地热能资源开发过程赋予新的能量并带来员工生产力、业务价值、供应链管理、客户体验提升、流程管理、技术创新能力等方面的提升。例如“物联网+AR（增强现实）”等技术支撑下的能源大数据建设将强力推动地热资源开发利用的精准化调度生产与精细化设备管理。

2.2 双碳目标下地热资源开发利用面临的挑战

2.2.1 薄弱的产业化发展基础不足以应对新能源领域的激烈竞争

与风能、太阳能等相比，地热资源开发利用的程度显得较为原始，技术含量也相对较低。浅层地热开发利用的系统集成优化技术、中深层水热型地热开发利用的回灌技术、干热岩后期开发利用技术等方面均存在不少短板和瓶颈，在一些核心技术上也还处于被发达国家“卡脖子”的状态，如地热资源探测技术体系建设、地质勘探设备制造、高温地热井钻井技术开发等[12]。

2.2.2 管理成本高影响地热资源开发利用的标准化进程

从目前的行业管理体制来看，地热资源的开发利用需要同时接受自然资源部、生态环境部、水利部等职能机构的管理，政出多门的现象不仅会造成管理成本的提高，更会从根本上制约地热资源开发利用产业化之路的顺利推进。此外，地热资源开发利用上还没有形成统一规范的标准，要实现系统产业化还需要解决这一问题。

2.2.3 追赶地热发达国家难度大

从资源赋存的角度来看，中国在地热方面有着雄厚的家底。但是，从资源开发利用的角度来看，中国的地热事业可谓是大而不强，与日本、新西兰、冰岛等地热发达国家相比存在巨大差距。究其原因，一方面在于对地热资源开发利用的整合度有限，另一方面在于还没有摸索出一条符合国情、社情的地热资源开发利用路径[13]。

3 双碳目标下地热资源开发利用的创新思路

双碳目标下，面对行业发展的机遇和挑战，地热能企业及有关科研机构有责任、有义务在思路上开拓创新并付诸实践，为解决二氧化碳类温室气体排放量问题提供实践支撑。在借鉴发达国家地热资源开发利用经验及国内外有关研究成果的基础上，在此结合对地热能行业的认识对双碳目标下地热资源开发利用的创新思路进行总体阐述。

3.1 对标国际前沿探索特色路径

在双碳目标的引领下，产业跃迁将成为必然的发展趋势，在产业跃迁的过程中，地热类新能源将成为至关重要的支撑因素。同时，为了完成双碳目标，一个国家级的碳交易市场将逐步启动，地热类新能源将产生虹吸效应并在一定程度上重塑中国经济版图[14]。因此，在地热资源开发利用过程中，要具有前瞻意识和全球视野，积极对标地热发达国家，探索有中国特色的发展路径。

（1）系统规划，以理解双碳目标内涵为前提，从战略高度出发审视和引导地热资源开发利用的科学进程。一方面，要摸清地热资源家底，统筹地热资源开发利用的区域布局，明确不同主体的责任义务，避免恶性竞争的发生，在此基础上，因地制宜地甄选一批有前途、有效益的优质开发项目，培育若干个地热产业发展示范区、地热特色小镇，推动地热能行业与城市景观、新农村、文化及社会经济发展的深度结合，不断提升地热能利用在不同地区、不同行业的渗透；另一方面，要深刻认识地热资源开发利用与环境保护之间的矛盾，避免过度开发，针对地热资源开发引发的地面沉降、热污染、地温变化等问题，要有预警意识和危机意识，提前制定解决方案，实现地热资源开发与生态环境保护的均衡发展。

（2）明晰路线，地热发达国家成功的一个重要原因即在于制定地热产业发展路线图。为了提高地热资源开发的效率，在追踪地热资源开发利用国际前沿技术的基础上进一步设计明晰的技术发展路线十分有必要，这一技术路线至少应当涵盖总体目标、具体发展方向、实现途径、保障措施等因素；对于那些“卡脖子”的技术壁垒，更要明确责任主体、任务落实到岗，实现尽快攻克和彻底攻克。

（3）协调机制，整合立法机构、职能机构（地矿、地质、水务管理等部门）等各方力量，形成通力协作的管理机制，为地热资源开发利用提供财政、金融、资金、税收和信贷等方面的政策支撑，逐步降低管理成本。同时，在地热资源开发利用过程中，要积极打破行业管理界限，结合双碳目标发现新能源行业的新趋势、新需求，拓展“地热+文化”、“地热+旅游”等新型业态，闯出一条多元、集约、高效的现代产业发展道路。

（4）加强评价，目前对地热资源开发利用的评价主要集中在经济效益方面。在双碳目标下，应当组织有关力量就地热资源开发利用对二氧化碳类温室气体排放与吸收所发挥的作用进行定性与定量相结合的评价。根据评价结果，总结问题所在与可改进之处，为地热资源开发利用的创新优化提供有效支持。

3.2 围绕基础科研强化创新策源

一经提出，双碳目标就迅速得到氢能、光伏、风能等行业的高度重视并纷纷提出基于零碳技术、减碳技术和负碳技术的创新策略[15]。对地热能行业而言，同样有必要推出类似的创新策略。结合新能源行业的特点，地热资源开发利用的创新思路应当将基础科研当作策源之本。

（1）紧密围绕双碳目标，追踪国际领先的新发现、新技术、新发明进行技术布局，提倡“消化、吸收、再创新”。建立“地热资源开发利用科研机构联盟”，加强地热专业在不同高校的布局，搭建浅层地热能、中深层地热能、干热岩地热能相互配合的优势学科群，推动合作创新，培养双碳科技人才。在具体的基础研究工作中，积极推动相关学科的交叉融合，鼓励不定期自由探索。

（2）推动多方合作，聚焦关键技术攻关。针对前文提及的地热技术短板，筹建双碳科技工作者委员会，协作完善双碳全球议题下的地热技术链。以关键技术、重大项目为平台，推动高校、科研机构、企业、产业金融机构之间的合作，打造一批双碳目标下的地热资源开发利用实验室，建立规范运行的技术管理机制，群策群力地推动关键技术攻关。

（3）建设双碳知识产权联盟，促进知识产权与地热资源开发利用实践深度融合。以中科院为龙头，以中国地质大学、中国矿业大学等高校及有关科研机构为依托，与地热龙头企业共同建设双碳知识产权联盟和行业专利池，推动科研创造与地热资源开发利用实践的深度融合，逐步占领行业技术标准高地。

3.3 整合发展要素推动产业集聚

地热资源开发利用的过程涉及政策、科技、金融、人力资源等要素的有机结合并最终形成产业集聚。

（1）发挥政府在产业经济上的引导与服务功能，在政策设计、基础设施建设、公共服务供给等方面提供有力的制度支撑。

（2）推动科技与地热资源开发利用的深度融合。一方面，将先进技术注入地热资源开发利用的不同环节，在提高生产效率的同时创造新产品、新服务和新的解决方案，引发产业变革；另一方面，加强信息技术的集成应用，提高企业的全要素生产率并构建起核心竞争力。

（3）运用现代金融工具，为地热资源开发利用进行深度赋能。一方面，运用产业发展基金、绿色基金、证券、期货等工具推动地热领域的资金融通，引导企业捕捉低碳转型领域的机遇；另一方面，通过资本运作推动地热企业走向资本市场，持续实现价值增值。

（4）融合智力要素，加强人才队伍培养。地热资源开发利用工作，归根到底是由人来完成的，这就要求从智力、知识、技术、经验、信息、技能等不同维度出发进行人才队伍培养，不断提升产业竞争力。

（5）推动模式移植。对于地热资源开发利用的成功经验，要提炼模式要素并加以移植推广。例如，在雄安、陕州、东营等地都已摸索出地热资源开发利用的解决方案，应当组织有关力量对其中的技术方案、管理措施及运营经验进行深入归纳，并在不同的地域进行移植和复制。

整合发展要素推动产业集聚，地热企业是当仁不让的主体。面对双碳目标，地热企业应当主动对核心业务和资产运营方进行审视，不仅要持续向技术链上游攀升，更要追求低碳开发、生态运营。同时，要积极利用企业并购、项目合作等方式加强地热资源开发利用的横向合作，为产业集聚注入新的活力。

3.4 凝聚多方力量打造生态系统

地热资源开发利用的创新不仅需要创新主体与创新环境，还需要一个共生竞合、动态演化的复杂系统[8]。在这一系统内部，创新人才、创新转化者、创新消费者要承担各自的责任，共同完成能量、物质、信息在产业创新生态系统内的流通责任。从地热资源开发利用的整个系统来看，需要凝聚创新人才、创新转化者、创新消费者三方力量，充分发挥这一系统的各种功能。

（1）以高校和企业为摇篮，有意识地加强地热资源开发利用的人才梯次培养，形成“院士-教授-科研工作者-博硕士-大学生”与企业内部技术攻关队伍交叉配合的创新梯队，围绕地热资源的开发利用拓展知识经济与高新技术产业。

（2）以产权服务商、人力资源服务商、行业协会等创新服务机构为纽带，推动创新成果的转化。创新转化者要发挥“整合者”和“传播者”的角色，承担信息挖掘、政策咨询、知识产权鉴定、交易撮合、股权登记、资金结算交割等功能，将分散于不同创新主体的创新资源汇集起来并在地热能产业内部进行传播。

（3）以企业为承接者，对创新成果进行改进升级，以产品/服务的形式推向市场。换言之，企业是地热资源开发利用创新生态系统的“消费者”，他们在初步的创新成果中加入自身的物质、能量与信息并使之成为能够产生经济效益的高一级创新成果。

4 结语

双碳目标是党中央引领社会发展的重大战略部署，也是解决全球生态危机问题的庄严承诺[16]。面对这一目标带来的机遇和挑战，各行各业都应当承担自身责任，在减少碳排放和增加碳吸收两个方面下工夫，开创共同参与、相互配合的双碳新局面。本文对双碳目标下地热资源开发利用的创新思路进行了不同角度的阐述，希望能够为地热类新能源行业未来发展提供参考及借鉴。