Geothermal之新进展

【随笔集】地热是一种地球内部储存的热能。地核温度4500度，地核与地幔交界面温度3700度，地壳表面温度约14度，底部则高达1000度。地热分为浅层地热（低热）、水热型地热（中热）和干热岩地热（高热）三种类型。

地球内部的热能以对流、传导和辐射等方式向地表传播，年热释放约1.4✖️10*24焦/年。地温梯度：一般从地表向下平均每下降100米，温度就升高3度。

2016年，中国地热国际论坛（11.17-18日），在北京会议中心召开，主办中国工程院、中国石化。发起国家地热中心。参加600余人，其中29位院士。国际地热协会主席里克特先生，中国工程院名誉院长徐匡迪院士也参加了会议。

论坛主题：“创新、合作、绿色、跨越”。目前，全国地热利用（主要是供热）3.92亿立方米（其中京津冀1.3亿立方米），被称之为世界第一。美国地热利用第二，中国利用是美国的两倍（曹耀峰）。地热的特点为“清洁、高效、安全、稳定、再生、用途广泛（发电、供暖、制冷等）、资源潜力巨大”（多吉院士）。

中国地热应用推广比较好的地区是京津冀、广东、江苏等地区，尤其是河北雄县，被誉为“雄县模式”。经过6年建设，供暖面积450万平方米，基本实现城区地热集中供热全覆盖，成为中国第一个“无烟城”。2013年来，先后有200多考察团实地考察，起到了非常好的“示范效应”。

地热技术是成熟的，主要有“热储评价、采灌平衡（一采一灌或三采两灌）、间接换热（取热不取水）、梯级利用、动态监测”等

该图为间接换热工艺流程，比较简单。但是，核心是热泵技术。目前全国有上千家制造热泵企业，很好的解决了腐蚀问题，大大提升了热泵的利用效率。

该图为世界地热资源分布图（汪集暘院士）。世界地热是沉睡的巨人。地热相对于风能、太阳能等是最稳定的能源。全球电能、热能需求，热能大于电能，中国尤为如此。国际地热协会主席亚历山大.里克特先生说：近年世界地热开发利用非常快，除中国外，土耳其发展最快。中国人直接把地热转换为供热，是最直接、最经济的的利用，值得世界各国学习。

该图为中国地热资源分布图（汪集暘院士）中国地热主要分布在东北、华北、广东、云南、西藏等地区。高温地热主要在西藏、云南、新疆南疆地区，其它大部分是中、低地热。高温地热用于发电在西藏有部分开发，最著名的有羊八井发电等。华北等地区主要用于取暖，尤其取暖规模达世界首位。

京津冀经济发达，人口密度大（面积21.6万平方公里，人口1.1052亿人），每平方公里/142人，高于全国水平。化石燃料年消耗3.64亿吨标煤，高于全国水平。“双高”，加之太行山、燕山环绕，大气环流不畅，导致该地区频繁出现大范围雾霾天气的重要原因。

京津冀地区是渤海湾盆地的基础上由黄河、海河等河流冲积而形成，大部分是浅层地热区，地温梯度为3.5-8.8度/100M。

京津冀地热资源潜力巨大，以馆陶组、明化镇组为主。砂岩厚度800-1000米、分布广、储集性能好、热储温度50-70度、水量80-120立方米/小时，是一套十分良好的区域性空隙型热储。基岩岩溶型热储以奥陶系、蓟县系雾迷山组为主，博野、沧州、天津一线是最有利的储热发育区。

京津冀丰富的地热资源，近年来有了很大的发展。北京发现10个地热田，总面积2760平方公里，地热资源折合标煤34亿吨。天津发现8个地热田，面积6380平方公里，折合标煤307亿吨。河北发现30个地热田，面积19165平方公里，折合标煤1050亿吨。（王志纲资料）

京津冀每年可开发利用的地热折合标煤3.43亿吨，相当于京津冀2014年燃煤消耗总量的94%，每年可减少二氧化碳排放8.18亿吨。为此，开发地热意义重大。

“十三五规划”设想：推进中深层、中浅层地热取暖，采灌平衡、取热不取水，百分之百回灌，研发关键技术，探索中低热发电，干热岩发电，探讨地热供暖扶持政策，完善地热开发利用市场机制，建立河北-省级示范、咸阳-市级示范、雄县-县级示范和长江经济带地热供暖/制冷示范，以及梧州热泵制造示范等，全面推进全国地热利用。

中国碳酸盐岩的分布面积占全国陆地面积三分之一，其中裸露面积约为90万平方公里，隐伏面积250万平方公里以上，初步估算，0.3KM深度区间的热能量在5000-50000亿吨标煤（汪集暘院士）。王贵玲教授说：“中国地热年开采量可达26亿吨标煤”。“干热岩是一种战略性接替资源”，“现在是技术储备阶段”。

中国地热开发利用值得称颂的是“直接供暖”和“全部回灌”的做法。所谓“直接供暖”就是把采出来的地下热能直接供到用户，既经济又安全稳定，受到了与会的外国专家学者的关注。“全部回灌”到原地层，循环往复，既保持了地下水的稳定，又不致于污染或滞留地面增加环境保护的负担，两全其美，何乐而不为昵？

论坛也有对地热开发利用有不同的声音，大意是中国地热资源如此丰富，但是开发利用不成比例，理由是资源禀赋有问题；技术相对落后；政府政策不支持等。不过北京对于地热开发利用支持力度较大，即改造地热开发利用工程，一次性给予30%的补贴，新建工程一次性补贴50%的补贴，可谓地方政府最为慷慨的政策措施了。

“地源热泵”概念最早（1912）是瑞士专家提出。那么什么是地源热泵？所谓地源热泵是指陆地浅层热能源，通过输入少量高品位能源（如电能），实现低品位热能向高品位热能转换。通常地源热泵消耗1KWh的能量，用户可以获得4.4KWh以上的热量或冷量。

地源热泵技术始于英国和美国。北欧偏重冬季采暖，美国则重冬夏热冷联供。美国气候与中国基本一样。所以，中国应该借签美国地源热泵做法，对于发展中国地源热泵有实际意义。

中国地源热泵有许多成功的案例，一是北京万国城利用地源热泵提供供暖/制冷，效果突出，该建筑被评为“世界十大建筑之一”。二是胜利油田地源热泵系统供暖效果也很不错，口号是“油田变热田”。三是澳大利亚新一代地源热泵交换器，具有大流量、储热、短管道等特点。本次国际地热国际论坛许多外国专家多次谈到地源热泵技术，说明地源热泵前景看好。（可参考下述示意图）

地热在中国未来能源结构中的贡献，按照《国家能源十三五规划》，中国非化石能源占比从2015年的12%，提升到2020年的15%，绝对增长三个百分点，。根据《中国十三五地热产业发展规划》征求意见稿，到2020年累计达到地热供暖/制冷面积16亿平方米（全国年建筑面积500多亿平方米），加上地热发电、种植、养殖、洗浴等，实现替代标煤7210万吨。

按照2020年能源消耗总量48亿吨标煤计算，届时地热占比达到1.5%，比目前0.5%，提高了1个百分点（曹耀峰院士），也就是说在非化石能源今后五年3个百分点增幅中，地热“三分天下有其一”，说明地热在未来能源结构中贡献非常巨大。