地熱作為一種可再生清潔能源，是清潔取暖最具競爭力的能源之一。開發(fā)利用地熱能源對于國家能源結構調整、節(jié)能減排和改善環(huán)境具有重要的現(xiàn)實意義，并能產生深遠的影響。

　　近20年來，我國地熱取暖規(guī)模增速顯著，地熱直接利用總量位居世界第一。然而，目前的發(fā)展遠遠不能滿足我國清潔取暖不斷增長的需求，未來地熱取暖市場潛力巨大。但是，在地熱清潔取暖推進過程中，也產生了一系列問題，包括管理政策不完善、發(fā)展方向不明確、人才儲備不足等。

　　本文在分析我國地熱資源特征和地熱取暖利用現(xiàn)狀的基礎上，指出應當加強頂層設計，完善管理政策，堅持“熱電并舉、西電東熱;深淺結合，由淺及深;干濕有度，先濕后干;天地合一，動靜結合”的開發(fā)方向，加強人才培養(yǎng)。

　　汪集暘院士

　　01 前言

　　地熱是一種清潔低碳、分布廣泛、資源豐富、安全穩(wěn)定的優(yōu)質可再生能源。中國地熱能發(fā)展報告^[1](2018)指出，根據《地熱能開發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》，到2020年末，中國地熱能年利用量將到達7000萬噸標準煤當量(標煤)，在一次能源消費總量(48億t標煤)中的占比達1.46%，比2015年提高1%， “十三五”時期地熱能利用增量將占非化石能源增量的1/3。顯然，這將對于我國能源結構轉型發(fā)揮重要作用。我國北方地區(qū)、高原寒冷地區(qū)乃至南嶺以南部分地區(qū)冬季氣溫低，建筑取暖需求大。近10年來，由于化石燃料使用過多，霧霾頻發(fā)。近年來，國家大力提倡利用包括地熱能在內的清潔能源取暖，霧霾天數(shù)逐年減少，大氣環(huán)境呈現(xiàn)向好趨勢。我國地熱清潔取暖是一個新興能源產業(yè)，在改善大氣環(huán)境和優(yōu)化能源結構中正在發(fā)揮越來越大的作用。10年來，我國地熱清潔取暖在產業(yè)發(fā)展過程中遇到了各項瓶頸因素，包括政策、科技、市場多方面，但也取得了長足進展。在管理方面，從國家到地方出臺了若干措施;在技術方面，在地熱開采和熱能轉化利用的兩個主要環(huán)節(jié)上也研發(fā)出了系列新方法、新技術和新工藝，社會需求和技術進步推動各地地熱取暖市場健康發(fā)展，產業(yè)規(guī)?？涨案邼q，直接利用總量及其分項指標連續(xù)保持世界第一。但是，隨著地熱能產業(yè)的發(fā)展，一些新的問題也不斷涌現(xiàn)。那么，我國地熱取暖產業(yè)具有多大的潛力?未來發(fā)展應當朝什么方向?如何引導產業(yè)做到高質量可持續(xù)的發(fā)展?本文基于以上問題進行研究，并針對制定我國地熱取暖產業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略提出建議。

　　02 我國地熱資源基本特征與利用現(xiàn)狀

　　地熱資源按深度劃分為淺層，中深層和深層地熱資源^[2]。淺層地熱能通過鉆孔熱交換器(Borehole Heat Exchangers ，BHE)及熱泵得以開發(fā)利用，其深度范圍一般為200 m以淺，包括土壤層及淺層含水層。中深層地熱資源一般介于 200 m 和 3000 m 之間，開采系統(tǒng)還可細分為水熱系統(tǒng)中的對流換熱系統(tǒng)(在含水層中布置開采井和回灌井)和傳導換熱系統(tǒng)(深井換熱系統(tǒng)-DBHE)。深層地熱資源埋深通常超過3000 m，可分為干熱巖或水熱系統(tǒng)。

　　通過60多年的發(fā)展，我國大陸的熱背景及地熱資源分布逐漸清晰^[3]。我國處于兩個全球性地熱帶上，西南地區(qū)的“滇藏地熱帶”是地中海-喜馬拉雅地熱帶的東延地段，而東部的臺灣地熱帶則屬于環(huán)太平洋地熱帶。在這樣的大地構造和區(qū)域地熱背景下，西南形成了喜馬拉雅地熱帶上的高溫對流型地熱系統(tǒng)，東部形成了環(huán)太平洋地熱帶上的高溫對流型地熱系統(tǒng)。這兩個地熱帶地質構造均屬于板塊邊緣地熱帶。

　　除此之外，全國其他地區(qū)，形成了大量廣泛分布的中低溫地熱系統(tǒng)，其中包括：大型沉積盆地中的中低溫傳導型地熱系統(tǒng)和隆起山區(qū)的中低溫對流型地熱系統(tǒng)。我國大型沉積盆地中蘊含著豐富的中低溫地熱資源。從成因類型上看，它們以中低溫傳導型地熱系統(tǒng)為主，特別對于新生界砂巖熱儲而言，大多如此。然而，在基巖裂隙和巖溶空洞儲層中，垂向對流比較強烈，在局部地帶，往往是由于斷裂邊界活動的影響，形成傳導-對流復合型的地熱系統(tǒng)。

　　在板塊構造格局的影響下，我國主要沉積盆地的地熱背景由東至西，依次為熱盆、溫盆和冷盆分布。東部的松遼盆地、渤海灣盆地、蘇北盆地等屬于熱盆，地熱資源相對豐富。在沉積盆地地熱系統(tǒng)中，主要熱儲類型有砂巖孔隙型熱儲和基巖裂隙-巖溶型熱儲。其中，基巖裂隙-巖溶型地熱儲的熱流體循環(huán)條件更加優(yōu)越，開發(fā)利用潛力更大。將我國的碳酸鹽巖分布疊加在大地熱流圖上可知，我國碳酸鹽巖的分布總面積占陸地面積的1/3，裸露面積約為90萬km^2，隱伏面積達250萬km^2以上?；趲r溶發(fā)育程度的差異，以雄縣地熱系統(tǒng)和蘇北地熱系統(tǒng)為參照，采用類比法估算了全國巖溶熱儲地熱資源潛力，結果為5000~50000億t標準煤，可見潛力巨大^[4]。雄安新區(qū)和北京市副中心均在巖溶型熱儲分布的渤海灣盆地內，實測大地熱流值顯示出了雄安新區(qū)極好的構造熱背景。未來，在雄安新區(qū)和北京市副中心清潔取暖中，地熱資源均將大有作為^[5]。

　　我國地熱資源的開發(fā)利用始于20世紀70年代初，受世界石油產量下降影響，大量的地熱田得以開發(fā)，尤以水熱型資源為主，主要用于旅游康養(yǎng)等產業(yè)，比較單一。近20年來，地熱取暖超過洗浴，占主導地位，地熱的非電熱直接利用被作為能源的新門類，受到廣泛重視。華北及其以北地區(qū)是地熱取暖主戰(zhàn)場。

　　近年來，受全球氣候變化的影響，北部冷空氣不斷南下，雨雪分界線南移，南方居民冬季受寒冷潮濕氣候的困擾加劇，長三角地區(qū)冬季取暖需求越來越強烈，該地區(qū)是地熱開發(fā)利用的有利遠景區(qū)。長三角地區(qū)的地熱資源開發(fā)利用處于快速發(fā)展階段。中深層水熱型地熱資源利用形式以溫泉旅游為主，水產養(yǎng)殖等其他方式為輔。淺層地熱能的利用始于20世紀60年代，近10年，地源熱泵系統(tǒng)在建筑物空調系統(tǒng)中的應用得到了快速發(fā)展，并取得了良好的節(jié)能效果。由于淺層地熱能儲量巨大和清潔環(huán)保，利用熱泵技術，幾乎適用于任何建筑物。長三角淺層地熱能地質條件優(yōu)越，適宜開發(fā)，在國家政策和市場需求的推動下，長三角地區(qū)地熱取暖產業(yè)必將得到快速發(fā)展。

　　03 地熱清潔取暖技術模式評述

　　3.1 地熱清潔取暖

　　北方地區(qū)清潔取暖比例較低，特別是部分地區(qū)冬季大量使用散燒煤及熱效率低下的小型燃煤鍋爐，大氣污染物排放量大，迫切需要推進清潔取暖，這與廣大群眾生活水平的提高和生活環(huán)境的改善息息相關。

　　2014年6月，國務院辦公廳印發(fā)《關于印發(fā)能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃(2014-2020年)的通知》，鼓勵有條件地區(qū)發(fā)展地熱能等可再生能源取暖。2016年12月，中央財經領導小組第十四次會議決策推進北方地區(qū)冬季清潔取暖，加快提高清潔取暖比重。

　　2017年，國家發(fā)展改革委、科學技術部、住房和城鄉(xiāng)建設部、財政部和國家能源局等部門先后印發(fā)《關于印發(fā)“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案的通知》、《京津冀及周邊地區(qū)2017-2018年秋冬季大氣污染綜合治理攻堅行動方案》、《關于北方地區(qū)清潔供暖價格政策的意見》、《關于推進北方采暖地區(qū)城鎮(zhèn)清潔供暖的指導意見》和《北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃(2017-2021年)》等相關政策與規(guī)劃，為北方地區(qū)清潔取暖工作的開展提供了政策和財政支持。我國北方多省市陸續(xù)出臺了相應的清潔取暖配套規(guī)劃和實施方案。如河北省發(fā)布《河北省城鎮(zhèn)供熱“十三五”規(guī)劃》，天津市發(fā)布《天津市居民冬季清潔取暖工作方案》，河南省發(fā)布《關于開展地熱能清潔供暖規(guī)?；迷圏c工作的通知》和山東省發(fā)布《山東省冬季清潔取暖規(guī)劃(2018-2022年)》，這些規(guī)劃積極推動了地熱能等清潔能源取暖。北方地區(qū)清潔取暖工作進展順利、成效顯著。據國家能源局統(tǒng)計，截至2019年9月，北方地區(qū)冬季清潔取暖率達到50.7%，替代散燒煤約1億t。其中，“2+26”個重點城市清潔取暖率達到72%，城市地區(qū)清潔取暖率達到96%，縣城和城鄉(xiāng)結合部的清潔取暖率達到75%，農村地區(qū)清潔取暖率為43%，整體超過規(guī)劃目標。清潔取暖產業(yè)發(fā)展迅速，地熱開發(fā)企業(yè)規(guī)模顯著擴大?？萍脊ぷ鞯玫街匾暎谥锌圃貉邪l(fā)的關鍵技術和中石化的企業(yè)創(chuàng)新理念，雙方合作打造的“雄縣模式”在這個過程中發(fā)揮了不可替代的作用，在政府的高度重視下，示范引領效果顯著。

　　3.2 地熱清潔取暖技術模式

　　地熱取暖是利用地熱資源，使用換熱系統(tǒng)提取地熱資源中的熱量，向用戶供暖的方式，其技術模式按照所利用地熱資源、賦存介質特征及換熱技術的不同，可以分為：淺層地熱能取暖(制冷)模式;水熱型地熱能取暖模式;中深層地源熱泵取暖模式。

　　(1)淺層地熱能取暖(制冷)模式

　　地源熱泵技術是一種利用淺層地熱資源的低品位熱源，既可供熱又可制冷的高效節(jié)能的空調技術。它能夠實現(xiàn)對建筑物三聯(lián)供系統(tǒng)的能源供給，是淺層地熱能最主要的開發(fā)利用方式。地源熱泵主要分為地埋管熱泵、地下水熱泵和地表水源熱泵等。

　　(2)中深層水熱型地熱能取暖模式。

　　中深層水熱型地熱資源一般深度在3000 m以淺，由地下水作為傳熱載體，可以通過抽取熱水或者水汽混合物提取熱量。水熱型地熱取暖技術通過開采井抽取地熱水，通過換熱站將熱量傳遞給供熱管網中的循環(huán)水，輸送給用戶，溫度降低后的地熱尾水通過回灌井注入地下，實現(xiàn)循環(huán)利用。

　　(3)中深層地源熱泵取暖模式。

　　中深層地源熱泵技術基于同軸雙套管水循環(huán)原理，將地熱井內換熱器加熱循環(huán)出來的熱水作為熱源進入高溫熱泵機組，通過高溫熱泵機組的提升，達到建筑物供熱所需的供水溫度實現(xiàn)向建筑物穩(wěn)定供暖。它具有節(jié)能環(huán)保、應用靈活和穩(wěn)定可靠等優(yōu)勢，是實現(xiàn)地熱可持續(xù)利用的一種重要途徑。但是，單井每延米取熱能力有限[6]，單一熱源的供熱能力有限。該項技術僅在我國個別地區(qū)試驗性應用，未來的研究重點是通過鉆孔與儲層的關聯(lián)強化、供熱系統(tǒng)的效率的優(yōu)化來提高單井每延米的取熱能力。

　　04 中國地熱取暖產業(yè)發(fā)展展望

　　4.1 社會需求巨大并且不斷增長

　　隨著經濟發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，我國建筑面積預期至2050年達到500億m^2，北方冬季取暖是剛性需求^[7]，南方有空調制冷的需求。建筑取暖和制冷市場巨大，在數(shù)萬億元人民幣規(guī)模。隨著人們生活水平的提高，對于清潔取暖的追求與日俱增。強大的內需不斷拉動能源消費市場。在國家層面，政府把清潔取暖提高到國家生態(tài)安全的高度來看待，政策導向勢必不斷推動能源轉型和取暖方式的變革。

　　4.2 政府不斷出臺鼓勵清潔取暖政策

　　國家層面出臺的有關激勵政策有：

　　2017.3.23，生態(tài)環(huán)境部，《京津冀及周邊地區(qū)2017年大氣污染防治工作方案》;

　　2017.5.16，財政部，《關于開展中央財政支持北方地區(qū)冬季清潔取暖試點工作的通知》;

　　2017.9.6，住建部，《關于推進北方采暖地區(qū)城鎮(zhèn)清潔供暖的指導意見》;

　　2017.9.19，國家發(fā)改委，《關于北方地區(qū)清潔供暖價格政策的意見》;

　　2017.12.20，國家發(fā)改委，《北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃(2017-2021年)》;

　　2017.12.29，國家發(fā)改委，《關于加快淺層地熱能開發(fā)利用促進北方采暖地區(qū)燃煤減量替代的通知》;

　　2018.6.7，生態(tài)環(huán)境部，《2018-2019年藍天保衛(wèi)戰(zhàn)重點區(qū)域強化督查方案》。

　　這些政策文件的出臺，充分體現(xiàn)了政府對地熱清潔取暖的重視。

　　4.3 技術進步為資源利用市場發(fā)展提供動力

　　清潔取暖技術與新風技術的融合，是現(xiàn)代建筑風氣的普遍追求目標，而這兩項技術都比較成熟。新興技術也為今后地下地上結合成為高效可持續(xù)的清潔全取暖成套技術體系，創(chuàng)造了支撐條件。未來，技術的不斷發(fā)展，還將帶動資源類型的不斷擴展。比如，地表水源熱泵的大量采用，海水源熱泵的提升，為淺層地熱能的利用帶來新的巨大發(fā)展空間。

　　05 結語

　　我國地熱資源的開發(fā)利用在“政、產、學、研、用”的共同努力下，進展迅速，成績斐然。但是，在地熱開發(fā)熱潮下，也產生了一系列問題，如管理政策不完善、發(fā)展方向不明確、人才不足等。為促進地熱清潔取暖產業(yè)發(fā)展，針對以上問題，本文建議如下：

　　(1)加強地熱能開發(fā)的頂層設計

　　地熱只是可再生能源大家庭中的一員，必須放在可再生能源發(fā)展的大局中去規(guī)劃。要在國家層面上，充分考慮我國各個地區(qū)的地熱稟賦與冷熱需求，做好宏觀規(guī)劃。同時，還要在管理政策上加以完善，制定地熱管理辦法，明確管理部門，避免多頭管理。出臺優(yōu)惠措施，鼓勵和保護企業(yè)實施地熱取暖;加強監(jiān)管，對違法違規(guī)企業(yè)加大處罰力度，規(guī)范市場。

　　(2)明確地熱資源開發(fā)思路

　　’我們提出如下開發(fā)思路：“熱”“電”并舉，西“電”東“熱”——在高溫地熱豐富的西部地區(qū)優(yōu)先發(fā)展地熱發(fā)電，在東部地區(qū)則優(yōu)先發(fā)展地熱取暖;“深”“淺”結合，由“淺”及“深”——從淺層地熱資源開始開發(fā)，逐步深入;“干”“濕”有度，先“濕”后“干”——現(xiàn)階段不宜不計成本地開發(fā)干熱巖，而應優(yōu)先用好水熱資源;“天”“地”合一，“動”“靜”結合——充分發(fā)揮“地熱+”的模式，與太陽能、風能等可再生能源互補聯(lián)動。

　　(3)全面推進人才隊伍建設

　　自20世紀70年代以來，我們已經培養(yǎng)一批專業(yè)技術人才，為我國地熱產業(yè)發(fā)展做出了顯著貢獻。但我國地熱市場規(guī)模巨大，相關企業(yè)有數(shù)千家之多，隨著未來地熱清潔取暖市場的進一步擴大，從科研、管理到技術，人才匱乏現(xiàn)象均愈發(fā)顯著。因此，高校和企業(yè)應當加大地熱專業(yè)人才培養(yǎng)力度，打造常態(tài)化和可持續(xù)化的人才培養(yǎng)體系，為地熱產業(yè)提供充足的人才支撐。

參考文獻

　　[1] 自然資源部中國地質調查局, 國家能源局新能源和可再生能源司, 中國科學院科技戰(zhàn)略咨詢研究院. 中國地熱能發(fā)展報告-2018[M]. 北京: 中國石化出版社, 2018.

　　[2] 汪集暘. 地熱學及其應用[M]. 北京: 科學出版社, 2016.

　　[3] 汪集暘, 胡圣標, 龐忠和, 等. 中國大陸干熱巖地熱資源潛力評估[J]. 科技導報, 2012, 30(32): 25-31.

　　[4] 龐忠和, 胡圣標, 汪集暘. 中國地熱能發(fā)展路線圖[J]. 科技導報, 2012, 30(32): 18-24.

　　[5] 龐忠和, 孔彥龍, 龐菊梅, 等. 雄安新區(qū)地熱資源與開發(fā)利用研究[J]. 中國科學院院刊, 2017, 32(11): 1224-1230.

　　[6] 孔彥龍, 陳超凡, 邵亥冰, 等 深井換熱技術原理及其換熱量評估[J]. 地球物理學報, 2017, 60(12): 4741-4752.

　　[7] 清華大學建筑節(jié)能研究中心. 中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報告2019[M]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2019.

文章信息

　　引用本文： 汪集暘,龐忠和,孔彥龍等.我國地熱清潔取暖產業(yè)現(xiàn)狀與展望[J].科技促進發(fā)展,2020,16(z1):294-298. (WANG Jiyang,PANG Zhonghe,KONG Yanlong,et al.Status and Prospects of Geothermal Clean Heating Industry in China[J].SCIENCE AND TECHNOLOGY FOR DEVELOPMENT,2020,16(z1):294-298.)

　　作者簡介：*汪集暘，院士，博士，研究員，博士生導師，研究方向：地熱和水文地質。

　　基金信息： 國家科技部國家重點研發(fā)計劃課題(2019YFC0604901)：華南火成巖地區(qū)深層熱源機制與地熱系統(tǒng)成因模式，負責人：李義曼;中國科學院學部咨詢評議項目(2020-DX03-B-007)：長三角地區(qū)地熱資源及其綜合利用研究，負責人：汪集暘。