山西省地熱能開發(fā)利用淺析

劉芮

（中石化新星（北京）新能源研究院有限公司，北京100083）

地熱能來源于地球內部的熔融巖漿和放射性物質衰變，是一種綠色低碳的可再生能源，具有資源量豐富、能量密度大、分布廣泛、穩(wěn)定性好等特點。在當前能源結構轉型、大氣污染治理以及北方地區(qū)清潔供暖的形勢下，地熱能作為一種極具競爭力的可再生能源，將在未來能源革命中發(fā)揮重要的作用。

地熱資源按照賦存狀態(tài)可以分為淺層地熱資源、水熱型地熱資源和干熱巖資源三類，淺層地熱能溫度一般低于25℃，埋深200m 以淺，是蘊藏在土壤、巖石、地下水、地表水等中的地熱資源；水熱型地熱能是埋深在200-3000m 的地下水或蒸汽中所蘊含的地熱資源；干熱巖一般指埋深3000m 以上，溫度大于200℃，內部不存在流體或僅有少量地下流體的高溫巖體。

1 山西省地熱能開發(fā)利用現(xiàn)狀

1.1 地熱資源分布及特征

山西省地熱能資源相對豐富。其中，淺層地熱能可開采資源總量約2800 萬噸標準煤，是全國淺層地熱能開發(fā)利用的“適宜區(qū)”，主要分布在朔州、忻州、大同、晉中、太原、臨汾、運城和長治8 個城市。水熱型地熱能可開采資源總量約5700 萬噸標準煤，位居全國第8 位，主要分布在太原、臨汾、曲沃、運城等市縣。

按照地熱資源特征，山西省可分為新生代沉積盆地型和隆起山地型兩種地熱資源類型。新生代沉積斷陷盆地位于山西中部，呈多字型雁行排列，自北而南依次發(fā)育大同盆地、忻州盆地、太原盆地、臨汾盆地、運城盆地。這些盆地中部和邊緣斷裂構造十分發(fā)育，大地熱流值為71-80mW/m2，高于全球大地熱流平均值61.55mW/m2，屬于高熱流異常區(qū)，其中太原、臨汾和運城三大盆地是山西省地熱資源條件最好的地熱異常區(qū)。

太原盆地北起石嶺關，南到韓侯嶺，東部以太行山系太岳山北段為界，西部以呂梁山系的太原西山為界，盆地長約40km，寬約105km，面積約4000km2, 海拔700-900m，是一個典型的新生代斷陷盆地，構造運動強烈，為地熱的形成提供了有利條件。目前盆地中南部主要開采二疊、三疊系砂巖熱儲。盆地北部及邊緣開采奧陶系、寒武系碳酸鹽巖熱儲，水溫60-75℃，最高可達95℃。

臨汾- 運城盆地位于山西斷陷帶中南段，呈NE-NNE 向展布，主要受呂梁山、霍山和中條山山前大斷裂控制。臨汾盆地地熱田面積4765.4km2，主要發(fā)育寒武- 奧陶系灰?guī)r熱儲，水溫一般37-50℃，局部高達75℃；水量一般50-130m3/h。運城盆地地熱田面積5462.9km2，主要發(fā)育新生界砂巖熱儲，水溫一般25-61℃，最高達68℃；水量一般50-130m3/h，最高可達300m3/h。

1.2 地熱資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

山西省地熱資源開發(fā)利用最早起源于對溫泉的開發(fā)利用。根據地熱地質勘查結果表明，全省共發(fā)現(xiàn)水溫在20℃以上的地熱水出露點200 多處，主要分布在運城、臨汾、忻州、大同4 大盆地中。山西奇村溫泉因其含有氡、氟、硫化氫、硅酸鹽等十幾種礦物質，具有明顯的醫(yī)療保健功效，被譽為世界四大溫泉之一。

隨著地熱勘查程度的加深，山西省地熱產業(yè)慢慢擴展到了地熱供暖、洗浴保健、種植養(yǎng)殖、工業(yè)生產等方面。近幾年，以省會城市太原為首，率先開始了地熱供暖規(guī)模化開發(fā)，而后臨汾、運城等地區(qū)也紛紛掀起了地熱供暖產業(yè)浪潮。截至2019 年底，山西省地熱供暖面積約為1350 萬平方米。其中，淺層地熱能供暖制冷面積450 萬平方米，中深層地熱能供暖面積900 萬平方米，已成為山西省能源轉型的重要推動力。

2 山西省地熱能開發(fā)利用存在的問題

2.1 地熱資源家底不明晰

山西省作為我國傳統(tǒng)煤炭能源大省，一直以煤礦勘查為主，而對于地熱資源勘查投入較少，與山西省地熱產業(yè)快速發(fā)展極不協(xié)調，嚴重制約了地熱資源的高質量開發(fā)。如太原某小區(qū)地熱供暖項目，在前期地熱勘查不充分的情況下，鉆井成功率僅為20%，且出水溫度遠遠低于預期，造成項目停運。運城市絳縣也出現(xiàn)此類地熱鉆井情況，使得地熱供暖更改為燃氣鍋爐供暖，經濟性較差。

2.2 地熱開發(fā)水平較低

受資源勘查程度低、資料少、研究精度低等一系列問題的困擾，淺層地熱能應用技術水平還沒有達到成熟，缺少核心技術及產品的生產研發(fā)企業(yè)。砂巖熱儲回灌率低也成為影響山西地熱能可持續(xù)發(fā)展的一大重要問題。早期運城市地熱能發(fā)展速度較快，但大部分項目砂巖地熱尾水難以經濟回灌，因此采取地熱尾水直排的方式來提高項目經濟性，最后面臨管道腐蝕、土壤污染等一系列問題，而不得不關停。

2.3 地熱產業(yè)體制機制不健全

目前山西省尚未出臺相關地熱資源管理辦法，地熱業(yè)務管理權限分屬不同部門，企業(yè)在辦理地熱項目的采礦權和取水許可證的過程中手續(xù)復雜、流程不暢，導致目前地熱項目未批先建、違規(guī)建設的情況頻繁發(fā)生。在政策層面，由于缺少專門針對地熱清潔供暖的扶持政策，且地熱項目前期投入較大，資金回籠較慢，造成市場主體融資壓力較大，積極性不高。

3 山西省地熱能開發(fā)利用發(fā)展環(huán)境

3.1 山西省能源轉型刻不容緩

山西作為長期為我國輸送煤炭的能源大省，對我國國民經濟和社會發(fā)展起到了重要的支撐和保障作用。但與此同時，煤炭等化石能源大規(guī)模開發(fā)對山西省生態(tài)環(huán)境造成嚴重影響，迫近生態(tài)紅線。2019 年，生態(tài)環(huán)境部設立大氣污染傳輸通道城市（2+26 城市）及汾渭平原11 城市作為打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)重點推進區(qū)域，山西省有八座城市在列（太原、陽泉、長治、晉城、呂梁、晉中、臨汾、運城）。區(qū)域環(huán)境污染壓力對能源產業(yè)發(fā)展形成的約束日趨強化，迫使山西加快實現(xiàn)低碳綠色轉型。

表1 關于山西省能源綜合改革相關文件

3.2 地熱產業(yè)進入規(guī)模化發(fā)展時期

地熱作為非化石能源中的重要一員，不受季節(jié)、氣候等外界因素干擾，是一種現(xiàn)實并具有競爭力的可再生能源。經過多年的發(fā)展，我國已經建成了世界上規(guī)模最大的地熱產業(yè)，直接利用規(guī)模多年位居世界第一。首部國家層面“十三五”規(guī)劃正式出臺；雄安新區(qū)將打造地熱能開發(fā)利用國際樣板，助力“雄縣模式”發(fā)展成為“雄安模式”；“北方地區(qū)冬季清潔取暖”進程中地熱成為燃煤替代的重要形式；“夏熱冬冷”地區(qū)居民清爽度夏、溫暖過冬需求進一步擴大了地熱產業(yè)發(fā)展空間；青海共和盆地干熱巖資源勘查取得突破，科技攻堅戰(zhàn)全面啟動。與此同時，國家及各級政府出臺了一系列地熱產業(yè)扶持政策，促進了地熱產業(yè)快速發(fā)展，國家層面“地熱能開發(fā)利用管理辦法”編制工作也正在全面推進過程中。綜合來看，隨著一系列重大戰(zhàn)略與利好政策的出臺實施，我國地熱產業(yè)市場空間不斷擴大，正逐漸進入規(guī)模化發(fā)展時期。

3.3 山西省地熱產業(yè)市場前景廣闊

按照山西省人民政府發(fā)布的《山西省打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》相關要求，全省各市縣紛紛行動，出臺一系列清潔取暖補貼政策。《太原市人民政府辦公廳關于印發(fā)太原市2018 年散煤治理實施方案的通知》（并政辦發(fā)[2018]40 號）要求深層地熱源熱泵清潔供暖試點一次性建設投資，由市級財政給予120元/平米補貼。陽泉市印發(fā)《陽泉市2017-2019 年冬季清潔取暖工作指導意見》要求對利用地熱、工業(yè)余熱、地源、水源、空氣源熱泵、地熱等可再生能源集中進行區(qū)域清潔供熱改造的實施企業(yè)給予補貼。2015 年中石化新星雙良地熱公司在山西建成了全國第一個地熱能集中供熱示范站- 太原三十三所供熱項目。該項目融合了地熱能、太陽能、余熱等綠色能源，替代了3 臺共150 噸的燃煤鍋爐，實現(xiàn)地熱供暖面積65 萬平方米，年減少原煤消耗量5573 噸。不僅有效改善了地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，而且?guī)砹肆己玫纳鐣鷳B(tài)效益，具有重要的引領和示范意義。隨著山西省地熱產業(yè)一系列利好政策不斷出臺，示范項目不斷建立，地熱產業(yè)市場潛力巨大，前景廣闊。

4 山西省地熱能開發(fā)利用對策建議

4.1 加大資源勘查投入

建議加大山西省地熱資源勘查財政投入力度，開展太原、臨汾、運城等重點區(qū)域地熱資源的詳查和精細評價。對水熱型地熱田的地質及熱儲特征、地熱資源的數量和質量，以及開采技術經濟性做出評價，為山西省地熱資源合理開發(fā)利用提供依據。

4.2 加大重點技術研發(fā)

山西省應設立地熱能科技創(chuàng)新重大專項資金，加大對地熱能勘探開發(fā)核心關鍵技術研發(fā)的投入力度。一是研發(fā)高精度水熱型地熱非震勘探技術，通過技術應用解放更多地熱資源。二是攻關砂巖地熱尾水經濟回灌技術，保證砂巖地熱項目尾水實現(xiàn)全回灌。

4.3 加大法規(guī)政策建立

加快出臺《山西省地熱資源管理辦法》，明確管理部門職責，簡化和加快地熱探礦權、采礦權等申報要求和審批程序。優(yōu)化和完善地熱采灌標準，加強地熱水回灌監(jiān)督檢查，制訂完善的地熱能技術標準體系。制訂和實施積極的財稅政策，支持地熱產業(yè)發(fā)展。

5 結論

隨著生態(tài)與環(huán)保問題日益突出，山西省作為全國首個全省域能源革命綜合改革試點備受關注。山西省地熱資源豐富，開發(fā)利用空間廣闊，加快以地熱能為重點的清潔能源產業(yè)快速發(fā)展成為當前山西省能源轉型的重要舉措。伴隨著能源生產與消費革命推進進程，山西省將切實提高地熱產業(yè)勘探及研發(fā)技術，加快地熱產業(yè)化建設，推動省內相關地熱產業(yè)政策及管理辦法陸續(xù)出臺，努力探索走出一條能源轉型發(fā)展新道路。