我國地熱直接利用規(guī)模雖然穩(wěn)居世界首位，但受限于絕大部分地區(qū)處于板塊內部，東部用能旺盛區(qū)尚無規(guī)模中高溫地熱資源發(fā)現，地熱發(fā)電產業(yè)發(fā)展緩慢�；�于對我國地熱資源分布特征和開發(fā)利用情況的分析，地熱若要在能源轉型中發(fā)揮更重要作用，未來需要持續(xù)加強基礎理論研究和原始技術創(chuàng)新、攻關高溫鉆完井等關鍵技術，向品位更高、應用范圍更廣的深層地熱資源進軍。

孫煥泉 中國工程院院士 集團公司總工程師、新能源與清潔資源領域首席科學家

國殿斌  新星公司副總經理

毛  翔  新星公司新能源研究院副院長

吳陳冰潔  新星公司新能源研究院實驗中心副所長

地熱資源是重要的非碳基可再生能源，具有本土能源、穩(wěn)定可靠、綠色低碳等優(yōu)勢。21世紀以來，我國地熱直接利用規(guī)模穩(wěn)居世界首位，特別是中深層地熱供暖利用快速增長，成為我國在世界地熱產業(yè)中的鮮明特色。

但受限于絕大部分地區(qū)處于板塊內部，東部用能旺盛區(qū)尚無規(guī)模中高溫地熱資源發(fā)現，我國地熱發(fā)電產業(yè)發(fā)展緩慢。地熱若要在能源轉型中發(fā)揮更重要的作用，未來需要向品位更高、應用范圍更廣的深層地熱資源進軍，攻關高溫鉆完井等關鍵技術，推進“地熱＋”多能源協同，加大示范項目建設和應用市場培育力度。實現地熱資源科學、高效、可持續(xù)開發(fā)，對保障國家能源安全、加快構建清潔低碳安全高效的能源體系具有重要的戰(zhàn)略意義和現實意義。

我國是世界第一大地熱直接利用國

隨著全球范圍綠色低碳轉型進程加速，以及可再生能源開發(fā)技術不斷突破和規(guī)模應用，地熱產業(yè)發(fā)展進入“快車道”。2021年，國家發(fā)展改革委等八部門印發(fā)《關于促進地熱能開發(fā)利用的若干意見》，提出“到2025年，地熱供暖（制冷）面積比2020年增加50%，全國地熱發(fā)電裝機容量比2020年翻一番；到2035年，地熱供暖（制冷）面積及地熱發(fā)電裝機容量力爭比2025年翻一番”目標。2022年6月，國家發(fā)展改革委、國家能源局等九部門聯合發(fā)布《可再生能源發(fā)展“十四五”規(guī)劃》，提出“積極推進地熱規(guī)�；�開發(fā)”，涉及中深層地熱供暖制冷、淺層地熱開發(fā)和地熱發(fā)電等方面。

我國是世界第一大地熱直接利用國，淺層和中深層地熱的直接利用規(guī)模均居世界首位。2023年世界地熱大會公布的數據顯示，中國地熱直接利用裝機規(guī)模在全球占比達57.8%、利用熱量在全球占比達56.1%。通過理論創(chuàng)新和技術突破，我國地熱實現工程規(guī)�；瘧�用，特別是中深層水熱型地熱資源供暖利用規(guī)模持續(xù)擴大，在北方清潔供暖和大氣污染防治中發(fā)揮了重要作用。在干熱巖及增強型地熱系統開發(fā)方面，相繼開展了鉆探、熱儲改造及試驗性發(fā)電相關工作。

現階段，我國地熱發(fā)電雖然發(fā)展較緩，但因其具備穩(wěn)定基礎載荷和調峰載荷的雙重作用，有望在未來以新能源為主體的新型電力系統中發(fā)揮更大作用。

地熱利用在能源結構轉型、綠色低碳發(fā)展中的作用日益凸顯

受構造背景、巖漿活動、水文地質條件、地層發(fā)育等因素的綜合影響，我國地熱資源分布具有明顯的規(guī)律性和地帶性。從我國地熱資源分布與用能需求的匹配來看，高溫水熱型地熱資源集中分布于青藏高原及周邊地區(qū)，但由于當地人口和工業(yè)規(guī)模較小，對地熱開發(fā)需求不旺盛，在一定程度上限制了地熱發(fā)電的發(fā)展。中低溫水熱型地熱資源廣泛分布于中東部地區(qū)，該區(qū)域集中了我國超過90%的人口，用能需求旺盛。目前，中東部地區(qū)發(fā)現的規(guī)模優(yōu)質地熱資源以適宜供暖的中低溫水熱型地熱資源為主。隨著近年來我國大力推進北方冬季清潔取暖，地熱供暖產業(yè)發(fā)展迅猛。

我國是世界上開發(fā)利用地熱資源最早的國家之一，溫泉利用可追溯至先秦時期。20世紀70年代我國將地熱資源進行開發(fā)利用，最初借鑒國外經驗重點探索地熱發(fā)電技術，成為世界第8個采用地熱發(fā)電的國家，僅在上世紀70年代就建成了7處中低溫地熱發(fā)電站，但后期沒有形成持續(xù)的產業(yè)投入。同期，我國陸續(xù)勘探發(fā)現了近300處地熱田，地熱能直接利用開始起步，為我國地熱產業(yè)奠定了良好基礎。

20世紀末，基于我國地熱資源稟賦和國情，地熱直接利用產業(yè)逐漸形成，供暖利用得到快速發(fā)展。21世紀以來，地熱產業(yè)進入快速發(fā)展期，根據歷屆世界地熱大會的統計數據，我國地熱直接利用規(guī)模自2004年以來一直穩(wěn)居世界第一，且所占份額不斷增加。特別是在旺盛的清潔供暖需求導向下，逐漸形成了以供暖（制冷）為主的發(fā)展路徑，成為國際地熱產業(yè)發(fā)展的新樣板。截至2022年底，我國地熱直接利用折合裝機容量100219.8兆瓦。其中，中深層水熱型地熱供暖利用折合裝機容量50030兆瓦，占比49.94%，成為最主要的利用方式；淺層地熱供暖（制冷）折合裝機容量42320兆瓦，占比42.24%。地熱年利用熱量達828882萬億焦耳，占我國一次能源消費比重達5‰，相當于年替代標準煤2832萬噸、減排二氧化碳7052萬噸。地熱利用在能源結構轉型、綠色低碳發(fā)展中的作用日益凸顯。

截至2022年底，我國淺層地熱供暖（制冷）能力累計達到8.1億平方米/年，基本形成完善的技術體系，進入規(guī)�；瘧�用階段，主要利用區(qū)域分布在東部平原地區(qū)，其中環(huán)渤海地區(qū)發(fā)展最好，其次為長江中下游平原。中深層地熱供暖面積累計達到5.82億平方米，其中70%以上集中在河北、河南、山東、天津、陜西、山西等地，在北方清潔供暖和大氣污染防治中發(fā)揮了重要作用。

初步形成中深層水熱型地熱資源勘探開發(fā)技術系列

2022年，國家發(fā)展改革委等九部門發(fā)布《可再生能源發(fā)展“十四五”規(guī)劃》，提出到2025年，地熱供暖等非電利用規(guī)模超過每年6000萬噸標準煤。地熱產業(yè)規(guī)模持續(xù)快速擴大，向資源品質更高、應用范圍更廣的深層地熱資源領域進軍成為必然趨勢。

深層地熱資源理論研究、開發(fā)利用技術等處于國際學術前沿，我國研究起步較晚，但近5年設立的地熱領域國家重點研發(fā)計劃項目大部分瞄準深層地熱或干熱巖領域，已奠定了一定的研究基礎。但與國際上有代表性的深層地熱前沿技術相比，我國在地熱地質、地球物理和地球化學領域處于并跑階段；在干熱巖壓裂及開采等方面處于跟跑階段。

近年來，我國地熱勘探開發(fā)技術不斷成熟，初步形成了中深層水熱型地熱資源勘探開發(fā)技術體系。在地熱勘探方面，形成了聚焦隆起、凸起區(qū)尋找優(yōu)質碳酸鹽巖地熱資源的勘探思路和不同尺度的選區(qū)評價方法。在地熱開發(fā)方面，形成了以三維地質建模為手段的熱儲評價技術、以多場耦合傳熱機理為基礎的地熱可持續(xù)開發(fā)技術及“取熱不耗水”配套關鍵工程技術。

與常規(guī)油氣圈閉成藏不同，地熱資源分布廣泛、不受圈閉控制，但具有局部富集的特征。富集需要有利的熱源、熱儲和蓋層配置。對水熱型地熱資源，還要具備水源和地熱水運移通道。地熱系統以熱源為中心，包含熱生成—運移聚集—保持所需要的地質要素和地質作用，尋找熱量聚集的“甜點”是地熱資源勘探的重點�；�于地熱系統成因機制的認識，科研人員形成了適合我國東部沉積盆地地熱資源稟賦的“上山（潛山）”找水勘探思路，聚焦隆起、凸起區(qū)尋找優(yōu)質碳酸鹽巖地熱資源。

“取熱不耗水”技術是目前中深層水熱型地熱供暖最成熟的技術方法，熱源側地熱水和用戶側循環(huán)水為兩套獨立循環(huán)系統，通過間接換熱提取地熱水中的熱量，熱交換后的地熱水完全同層回灌，整個系統閉式循環(huán)，保障可持續(xù)開發(fā)。其中關鍵技術環(huán)節(jié)包括叢式井井網部署、開采井防砂完井、地面水質處理、回灌井防堵解堵等。

有效動用深層地熱資源面臨挑戰(zhàn)

近年來，我國產學研界不斷加大科研投入力度，提高地熱勘探開發(fā)技術水平，探索地熱高效利用方式，推動了地熱產業(yè)快速發(fā)展。中國石化通過理論技術創(chuàng)新和規(guī)模推廣應用，發(fā)展成為我國最大的中深層地熱利用企業(yè)，截至2023年底地熱供暖能力突破1億平方米。建立了全城地熱供暖的“雄縣模式”，替代了縣城100余座燃煤供熱鍋爐，打造了我國首座地熱清潔供暖無煙示范城。雄安新區(qū)成為全球地熱集中供暖的樣板，已建成供暖能力超1000萬平方米。2021年7月雄安地熱項目列入國際可再生能源機構全球推廣項目名錄。以雄安新區(qū)地熱高質量開發(fā)利用為支點，京津冀地區(qū)中深層地熱供暖能力已超過2億平方米。

在我國地熱產業(yè)取得長足發(fā)展的同時，受限于資源條件和技術水平，中深層地熱資源開發(fā)規(guī)模要進一步擴大、有效動用，仍面臨以下挑戰(zhàn)。

地質條件復雜。我國及鄰區(qū)是全球顯生宙地質結構和發(fā)展歷史最復雜的地區(qū)。相比北美以加拿大地盾為中心，大陸逐漸向外圍增生，主體在晚前寒武紀之前已形成；我國受古亞洲洋、特提斯、太平洋三大全球性動力體系的作用，主要板塊在印支期至晚侏羅世—早白堊世才完成拼合。漫長的地質演化及周緣與多個板塊的長期相互作用，使得我國不同區(qū)域深部動力學過程不同，多階段的地球動力體系疊加、復合，盆地類型多樣、結構復雜。

資源富集機理不清。地熱資源分布受深部動力學背景和構造活動控制明顯，復雜的大地構造背景和演化過程導致我國地熱系統類型多、成因復雜，資源條件差異大、非均質性強。我國大部分地區(qū)遠離板塊邊緣，大地熱流值較低，新生代巖漿活動較弱，板緣高溫地熱資源富集理論不適用，不同類型地熱系統構成要素形成機制及主控因素不清、干熱巖高品質資源分布規(guī)律不明，資源預測缺乏成熟的理論指導，增加了地熱資源勘探開發(fā)難度。

工程技術不適應。我國人口密集、用能旺盛的中東部地區(qū)板塊內部高溫地熱資源埋深大、工程地質條件復雜、勘探開發(fā)工程技術難度大。對比美國不同深度地層溫度，我國大陸中東部地區(qū)地層溫度普遍較低。以5500米深度為例，美國西部大部分地區(qū)溫度均超過175攝氏度，而我國除西藏、青海共和盆地、瓊北等少數地區(qū)外，普遍在75~150攝氏度，要獲取高溫地熱資源需要鉆探的深度更深。深層熱儲尤其是干熱巖具有高溫、高硬度、高應力、高致密的“四高”特征，熱儲高效換熱裂縫網絡創(chuàng)建及井下取熱等關鍵技術是世界性難題，我國尚在探索階段。

多措并舉，切實推進我國地熱產業(yè)快速發(fā)展

加強基礎理論研究，摸清我國地熱資源家底。以華北、松遼、江漢、鄂爾多斯、蘇北等盆地（平原）為重點，盡快查明水熱型地熱田的地質條件、熱儲特征、地熱資源潛力，評價可采資源潛力，為合理開發(fā)利用提供依據。加快深部地熱資源探測和開發(fā)技術攻關，為干熱巖型地熱規(guī)�；�、商業(yè)化開發(fā)利用做好準備。

加強多技術綜合應用，提高地熱勘探的精度和效率。目前我國開展了大量綜合物探方法的地熱勘探項目，取得較好成果。地熱勘探涉及多個學科領域，未來的發(fā)展方向是將多個技術手段綜合應用，并將人工智能、大數據分析等技術引入地熱勘探中，實現對大量勘探數據的高效處理和分析，更準確地確定地熱資源的分布和性質，提高勘探效率和準確性。

向資源品質更高、應用范圍更廣的深層地熱領域進軍。我國需結合資源與用能特點，深化高溫地熱資源成因理論研究，特別是厘清我國中東部深層優(yōu)質地熱資源的富集機理與分布規(guī)律，豐富和發(fā)展地熱勘探理論體系，以指導優(yōu)質資源勘探突破。干熱巖資源儲量巨大，相較高溫水熱型地熱資源分布范圍更廣，應用前景廣闊，是深層地熱領域的重點突破方向。一旦取得突破有望大幅拓展我國地熱資源有利區(qū)的范圍，可用于地熱發(fā)電、工業(yè)利用、高溫制冷等領域。干熱巖增強型地熱系統工程開發(fā)利用難度大，可轉移和創(chuàng)新應用目前的油氣資源勘查、鉆完井、儲層改造等技術，開展干熱巖多分支井、魚骨井、最大儲層接觸鉆井等復雜結構井，以及復雜立體縫網造儲、U形井換熱等技術攻關，力爭突破干熱巖高效開采瓶頸，實現采熱效果最大化和干熱巖資源高效、穩(wěn)定、安全供能。

推進“地熱＋”多能源協同，因地制宜培育利用示范區(qū)。通過地熱梯級綜合利用、油田余熱綜合利用等模式進一步擴大現有區(qū)域和油田企業(yè)地熱利用規(guī)模。開展地熱與其他能源的協同開發(fā)利用，促進地熱與太陽能、風能等清潔能源的互補發(fā)展，建立“地熱＋”多能源協同示范區(qū)，探索太陽能-地熱供暖、風能-地熱發(fā)電等多能源協同利用技術，實現能源的高效利用和綜合效益提升。地熱與多元可再生能源耦合技術研究方向主要集中在分布式能源站集成技術、太陽能-地熱耦合發(fā)電技術，以及以風能、水能為主要耦合能源的多微網與配電網耦合技術，要加快地熱能多能耦合技術研發(fā)和創(chuàng)新應用，推動地熱利用提質升級。建立政府、項目建設方、科研院所、高校、企業(yè)等多方合作機制，促進科研創(chuàng)新成果的轉化和應用。

研究和爭取支持政策，形成優(yōu)勢發(fā)展環(huán)境。國家層面應建立健全地熱政策法規(guī)體系，加強地熱技術研發(fā)和產業(yè)發(fā)展規(guī)劃的頂層設計、實施監(jiān)管和政策支持。出臺地熱產業(yè)的財稅、金融、用地等優(yōu)惠政策，鼓勵各類資本進入地熱產業(yè)領域。推動將地熱納入可再生能源消費總量統計，實施地熱利用項目碳資產認證。加強地熱的宣傳推廣和示范應用，提高社會對地熱的認知和接受程度。加強地熱產業(yè)監(jiān)管和保護，規(guī)范地熱礦業(yè)權設置和管理，建立完善準入制度和監(jiān)管機制，促進地熱產業(yè)健康、規(guī)范、可持續(xù)發(fā)展。

2000~2022年我國地熱供暖（制冷）面積示意圖  2022年我國地熱直接利用結構圖

專家視點：技術創(chuàng)新是地熱產業(yè)高質量發(fā)展必經之路

□張 英

地熱作為清潔低碳可再生能源，在全球應對氣候變化、能源結構轉型升級的大背景下廣受關注。與淺層（埋深200米以淺）和中深層（埋深200~3000米）地熱資源相比，深層地熱資源（埋深3000~10000米）分布更廣、溫度更高、應用場景更多，但勘探開發(fā)難度更大。

近年來，歐美國家和地區(qū)通過大量且持續(xù)的地熱領域國家專項計劃和現場試驗工程，匯聚全國或全地區(qū)范圍優(yōu)勢人才進行跨學科、多領域聯合研究，在深層資源探測評價、高溫鉆井與儲改增產、伴生礦產資源聯產等方面開展創(chuàng)新性研發(fā)，水平井分段壓裂等大量先進油氣技術被引進和應用。針對深層地熱主體—干熱巖資源開發(fā)的增強型地熱系統（Enhanced Geothermal System, EGS）被列入《麻省理工科技評論》評出的“2024年十大突破性技術”。

美國早在1973年就在Fenton Hill建立了EGS現場試驗基地，并持續(xù)資助了The Geysers、Raft River、Newberry等多個EGS項目，在選址評價、采熱和壓裂技術等方面走在世界前列。2015年啟動的地熱能前沿瞭望臺計劃（FORGE）旨在建立一個現場實驗室來開展EGS的前沿研究，以及鉆探和技術測試，以形成可復制的方法技術，促進干熱巖資源產業(yè)化開發(fā)。2019年，美國能源部發(fā)布《地熱愿景：駕馭我們腳下的熱能》報告，提出2050年美國地熱發(fā)電規(guī)模擴大20倍，發(fā)電量將占美國總發(fā)電量的8.5%。

歐洲是地熱能工業(yè)化利用的起源地，冰島、意大利、德國和法國等國都擁有豐富的資源和成熟的產業(yè)。2014年啟動的歐盟“地平線2020（Horizon 2020）”戰(zhàn)略資助深層地熱創(chuàng)新技術方法，以及材料和設備的開發(fā)、測試、示范及部署，大力推動對增強型地熱系統和深部超高溫地熱資源的開發(fā)，以及與電和伴生礦產資源的聯產。2015年歐盟委員會建立的深部地熱技術與創(chuàng)新平臺（ETIP-DG）覆蓋了深部地熱能的勘查、生產和利用整個產業(yè)鏈，旨在利用地熱資源滿足重要的熱力需求和大部分的電力需求。2019年ETIP-DG發(fā)布《深層地熱能實施路線圖》，提出2050年深層地熱能可滿足歐洲電力需求的50%和供熱需求的80%，有望改變歐盟電力供應結構。

技術創(chuàng)新是地熱資源高效勘探開發(fā)和地熱產業(yè)高質量發(fā)展的必經之路。歐美國家和地區(qū)在地熱領域長期持續(xù)大量投入，基礎理論與關鍵技術的研發(fā)成果和經驗值得借鑒。但我國深層地熱地質背景復雜，資源富集機理不清、埋藏深度大、工程地質條件復雜，開發(fā)難度更大，不能照抄照搬國外的地熱勘探開發(fā)理論技術。要形成中國特色的深層地熱規(guī)模化開發(fā)新局面，還有很長的路要走。

需要認識不同地質構造區(qū)深層地熱資源形成和賦存條件，明確優(yōu)質資源的富集機理與分布規(guī)律；在探測評價和開發(fā)利用關鍵核心技術與裝備上取得突破，實現技術創(chuàng)新，突破經濟高效勘探開發(fā)技術瓶頸；加強現場試驗和示范基地建設，基礎研究、技術創(chuàng)新、孵化應用、管理創(chuàng)新相結合，形成產研互促、良性循環(huán)的科技攻關模式，有效降本提效；加強地熱領域研究頂層設計，統籌相關高校、科研單位和企業(yè)的科研力量，形成跨部門、跨領域的產學研創(chuàng)新聯合體，建設高層次研發(fā)平臺和創(chuàng)新團隊。

（作者為石油勘探開發(fā)研究院專家）

4月8日，我國首口超5000米深層地熱科學探井——福深熱1井成功鉆探至5200米，刷新我國地熱科學探井最深紀錄。該井位于海南省�？谑�，采用多項自主創(chuàng)新技術，屬于深層干熱巖地熱井，井底溫度超過188攝氏度。張 英 供圖