作者:郭旭升 来源: 中国科学报 发布时间:2023-11-29
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地热产业高质量发展需各方协同发力

 

郭旭升

目前,北方地区已进入供暖季。在北方地区冬季清洁供暖推广中,地热能供暖扮演了重要角色,民众正在乐享“绿色暖冬”。

近年来,我国大力发展供暖、制冷等地热直接利用方式,产业规模发展迅速。西部首个地热供暖“无烟城”——陕西咸阳武功县,建成地热供暖能力已达920万平方米。咸阳市区地热集中供暖面积占市区总供暖面积的近三成。北京大兴国际机场地源热泵系统作为“绿色机场”的重要组成部分,为大兴机场257万平方米的建筑提供冷、热能源。

当前,地热资源亟待纳入城乡用能总体规划,由相关政府和部门制定可操作的实施方案,并结合当地资源品质和用能需求,从供暖、制冷、发电、工农业综合利用、旅游康养、储能等多方面促进地热规模化开发。这对于实现清洁取暖、优化能源结构、发展低碳经济等具有重要意义。

地热资源“富甲一方”

我国地热资源丰富,资源量约占全球地热资源的1/6,在青藏高原、东南沿海、华北平原、辽东半岛等地区广泛分布,是亟待开发的巨大“地下宝藏”。

地热资源按照埋藏深度由浅至深可分为浅层地热资源、中深层水热型地热资源和干热岩型地热资源。2015年,中国地质调查局对这些资源潜力进行过较系统的评价。

浅层地热资源利用条件好的适宜区主要分布在东北地区南部、华北地区、江淮流域、四川盆地。全国336个地级以上城市浅层地热能年可开采资源量折合标准煤7亿吨,可实现制冷面积320亿平方米。

中深层水热型地热资源主要分布在华北、松辽、苏北、江汉等平原和盆地,以及东南沿海、胶东和辽东半岛等山地丘陵地区。我国4000米以浅的中深层地热资源量折合标准煤1.25万亿吨,年可采资源量折合标准煤18.7亿吨。

干热岩型地热资源在我国分布广泛,现有技术经济条件下,青藏高原、东南沿海、松辽平原和华北平原被视为潜力区。我国埋深在3千米到10千米范围内干热岩资源量折合标准煤856万亿吨,其中,埋深5.5千米以浅约106万亿吨。

目前,地热能的开发利用正在从浅层、中深层向深层、干热岩拓进。随着理论与技术的进步,未来将打造形成深层地热,尤其是干热岩资源的规模化经济开发技术体系,支撑我国地热产业高质量可持续发展。

地热开发大有可为

深入推进能源革命进程,地热产业的高质量发展是必然趋势,也是必然选择。不同类型、不同温度的地热资源有不同的应用场景。

200米以浅的浅层地热主要用于建筑供暖、制冷;200米到3千米的中深层水热型地热资源以40℃到90℃低温为主,主要用于建筑供暖、农业种植养殖、洗浴等;3千米以深的水热型地热资源以90℃以上中高温为主,可用于工业供热、建筑供暖和制冷,还可以梯级利用;干热岩型地热资源主要发育在3千米以深,以150℃以上高温为主,与中高温水热型地热资源用途一致。浅层地热、中深层水热型地热供暖、制冷是目前地热能直接利用的主要方式,占直接利用能力的92.16%。

我国浅层地热供暖、制冷面积约8.1亿平方米,浅层地热供暖、制冷已基本形成完善的技术体系,进入规模化应用阶段。中深层地热供暖面积累计达到5.82亿平方米,在北方清洁供暖和大气污染防治中发挥了重要作用。河北、河南、山东、天津、陕西、山西等地依托丰富的地热资源,逐渐发展成为水热型地热供暖的主要区域,占全国70%以上。

现在的地热能开发利用与过去相比,系统更大、更复杂、投资更多;能源利用区域性、融合性更强;推广范围更大,资源条件差异性更大;创新性、技术性、管理模式要求更高;客户对能源品质需求更精细化,这对我们将基础性工作做扎实、做牢固提出了更高要求。

地热技术位于国际前列

我国浅层地热能和中深层水热型地热能的开发利用已形成了比较完备的技术体系,技术水平位于国际前列,有力支撑了我国地热能直接利用规模居于世界首位。

以中深层水热型地热开发为例,较完善的热储描述技术实现了热储的精细刻画。应用电成像测井技术和低成本碳酸盐岩非均质性识别评价技术,可以判断裂缝密度、强度、方位等,建立不同层段的裂缝模型。

地热开发具有周期性、大流量和以灌定采的技术特点。要想稳定高效地开发地热能需要考虑热量的传递、水的流动规律及其与传热之间的关系,以热储三维地质模型为基础开展数值模拟,形成采灌均衡的地热开发部署优化方法与调控技术,确保地热田科学可持续开发。目前,陕西咸阳地热田已连续稳定开发25年,河北雄县牛驼镇地热田已连续稳定开发14年。

此外,我国还创新了“取热不耗水”工程技术,实现安全低成本开发,其关键技术包括丛式井井网部署、开采井防砂完井、尾水处理、回灌井防堵解堵等。

现有技术还不足以支撑中国地热产业实现高质量可持续发展,特别是深层、干热岩开发利用面临新的技术挑战。因此,国家层面设立多个研究项目,企业、研究院所和大学也纷纷设立相关研究课题,开展深层地热能和干热岩勘探开发技术攻关,助力中国深层地热能和干热岩资源利用从实验室走向现场、走向工业化。

多措并举推动产业发展

当前,地热产业高质量发展还面临资源家底不清、经济开发难度大、基础研究和勘探开发投入仍显不足等问题。笔者建议,首先,要进一步加大地热产业可持续全方位政策支持。如国家、各级政府及相关职能部门进一步加大地热矿权设置和管理、财政补贴或税费减免等政策的支持力度,让地热行业“有策可依”、让政策“落到实处”。

其次,要持续投入人力物力。国家和地方政府、企业等多个层面需共同发力,加大地热基础性、公益性勘查投入,引入商业性地热勘查,调动社会各界投入地热资源勘查的积极性,建立地热勘查资料共享制度,尽早摸清资源家底;强化基础研究,攻克关键技术,向资源品质更高、应用范围更广的深层地热领域进军,超前布局干热岩理论研究及工程技术攻关,推进“地热+油田余热+风光+氢能+储能”等多能互补模式应用。同时,加大地热人才培养和国家级平台建设,全国一盘棋,形成地热基础研究和勘探开发工程实践合力。

最后,要将地热开发融入城乡规划,推动产业发展。做好地热利用规划与城乡基础设施规划、矿产资源规划、生态环境保护、地下水利用保护规划等相关专项规划的衔接,从供暖、制冷、发电、工农业综合利用、旅游康养等方面入手统筹整体方案,促进地热产业规模化、效益化发展。

(作者系中国工程院院士、中国石化石油勘探开发研究院院长,本报记者李惠钰采访整理)

《中国科学报》 (2023-11-29 第1版 要闻)
 
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