新時代地熱產業發展新機遇與方向

谷雪曦，梁海軍，黃嘉超，王惠民

（中國石化新星石油有限責任公司新能源研究院，國家地熱能源開發利用研究及應用技術推廣中心，北京100083）

面對氣候變化，能源向綠色低碳轉型已成為全球重要的戰略選擇，各國爭先發展清潔低碳、安全高效的綠色能源。地熱是一種綠色的可再生能源，開發地熱能可以改善環境，實現節能減排[1]，符合我國生態文明建設的要求和方向。此外，地熱能具有本土能源屬性，利用地熱能可降低能源對外依存度，保障我國能源安全。

1 我國地熱產業發展現狀

至2019年底，我國地熱直接利用裝機容量達40 610兆瓦，連續多年居世界首位[2-3]，其中淺層地熱供暖制冷面積為8.41億平方米，中深層地熱供暖面積為2.82億平方米，分別比2015年底增長115%和176%[1，4]。“十三五”前四年，我國地熱發電裝機量新增22兆瓦，比2015年底增長80.6%[1，5]。

1.1 地熱能在供暖及溫泉理療方面發展較快

我國地熱直接利用產業包括淺層地熱供暖制冷、中深層地熱供暖、溫泉理療等。“十三五”前四年，我國新增淺層地熱供暖制冷面積4.49億平方米[4]，年均增長速度為21%，根據前四年發展速度，預計至2020年底，淺層地熱供暖制冷面積可達10.18億平方米，完成“十三五”規劃目標的91%。“十三五”期間，我國建成一系列大型淺層地熱能開發利用示范項目，主要利用地表水源熱泵系統和地埋管地源熱泵系統為建筑提供規模化供暖制冷服務。其中，利用地表水源熱泵的代表性項目包括江蘇南京江北新區、重慶江北城CBD等，利用地埋管地源熱泵的代表性項目包括北京世界園藝博覽會、北京城市副中心、北京大興國際機場等。通過建設這些代表性項目，我國淺層地熱能利用技術的成熟性和可靠性得到驗證，同時，代表性項目的示范作用進一步促進了淺層地熱能的開發利用。

“十三五”前四年，我國新增中深層地熱供暖面積1.8億平方米[4]，年均增長速度為29%，根據前四年發展速度，預計至2020年底，中深層地熱供暖面積可達3.64億平方米，完成“十三五”規劃目標的72.5%，見圖1。“十三五”期間，我國新增中深層地熱供暖主要集中在地熱資源豐富、市場需求旺盛、扶持政策完善的“2＋26”城市和汾渭平原11城市，其中河北省中深層地熱供暖面積居全國首位，天津市是中深層地熱利用規模最大的城市，河南省濮陽、開封、周口等市地熱供暖面積持續增長，我國中深層地熱供暖進入快速發展階段。

圖1 “十三五”前四年淺層地熱供暖制冷和中深層地熱供暖面積及“十三五”末面積預測

至2019年底，我國溫泉理療裝機量達5 747兆瓦，比2014年底增長129%[3，6]。溫泉水中常含有一些特殊的化學元素，具有一定醫療效果，吸引了大批療養者；溫泉水應用于理療、娛樂、休閑，經濟附加值較高，效益可觀，推動了我國溫泉利用可持續發展。據中國溫泉旅游協會統計，2017年全國溫泉年總接待量達到7.6億人次，年營業收入達到2 428億元。

1.2 地熱發電裝機增長較慢

“十三五”前四年，我國在西藏羊易建成16兆瓦地熱電站，地熱發電裝機量增長了近一倍，但由于基數較小，和國內地熱供暖制冷產業的快速發展與國際地熱發電發展迅速的國家相比，我國地熱發電裝機量較小、發展較慢[7]，2020年預計無新增地熱發電裝機容量，“十三五”期間僅完成規劃目標的9%，沒有上網電價政策是造成我國地熱發電裝機量與高溫地熱資源潛力不符的原因之一。

2 地熱產業存在的問題

盡管我國地熱產業在“十三五”期間取得了顯著進步，但仍處在起步階段，存在技術能力相對薄弱、行業無序、扶持政策不明確等問題，限制了地熱產業發展的速度。

2.1 地熱能勘查利用核心技術能力支撐不足

目前我國地熱專業技術水平與產業的發展要求還存在一定的差距，制約了地熱資源的高質量開發。一是獲取中深層地熱地質目標物理參數技術有限，造成靶區選擇成功率較低，開發風險較大。二是砂巖熱儲經濟回灌率低，地熱尾水無法完全經濟回灌，制約其可持續發展。三是單井高效換熱技術效率低，無法滿足經濟性需求。

2.2 管理不到位及標準缺失導致行業發展無序

地熱行業存在準入門檻低，管理混亂的問題。一是在淺層地熱能供暖制冷中，一方面部分項目缺乏監管，導致部分地源熱泵工程出現冷熱負荷不平衡問題，影響項目質量[8]；另一方面政府清潔取暖補貼存在重數量輕質量問題，低價中標企業不注重設備后期運行維護，產品出現問題無人維修。這些問題影響社會各界對淺層地熱能開發利用的態度，部分地方政府在實施層面上限制淺層地熱能項目的開發利用。二是在中深層地熱供暖中，部分企業由于技術水平不足或為了節省成本，不打或少打回灌井，將地熱尾水外排，在造成熱污染、傷害土壤的同時，導致地下儲層壓力降低、水位下降，破壞了中深層地熱的可持續開發。三是地熱產業缺少地熱資源開發利用大數據平臺，各省地熱資源量、開發利用量、回灌量等基礎數據缺少權威統計，尚未建立資源利用監測平臺，難以支撐地熱資源科學開發。

2.3 支持政策有待進一步明確

地熱資源開發投資高、風險大、投資回收期長，在產業發展初期需要政府給予政策支持，目前相關優惠政策不完善。一是沒有地熱發電上網電價政策。當前我國地熱發電上網電價參照煤電價格，現有地熱發電項目虧損運行，企業投資普遍采取謹慎的態度。而近年來土耳其地熱發電在上網電價政策（10.5美分/kW·h折合人民幣0.74元/kW·h）刺激下高速發展，裝機量從2010年的82兆瓦增長到2019年底的1 549兆瓦[9]，中國地熱發電產業的快速發展亦需要上網電價政策的支持。二是地熱供暖補貼力度弱。“十三五”期間，根據《北方地區冬季清潔取暖規劃（2017—2021年）》，“2＋26”城市及汾渭平原11市紛紛出臺針對“煤改電”、“煤改氣”的清潔取暖政策，涉及頂層設計、財稅政策、支持方案等方面。相比之下，僅有個別試點城市明確了對地熱供暖的補貼政策，其余試點城市均未出臺地熱補貼辦法。

3 新形勢下地熱產業發展面臨難得機遇

我國地熱資源豐富、分布廣[10]，開發利用地熱資源進行供暖制冷等直接利用和發電利用，可代替燃煤燃燒，減少二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、粉塵等污染物的排放，助力調整能源結構、應對氣候變化、防治大氣污染。此外，我國油田地熱、余熱資源豐富，可在社區供暖和輸油設施伴熱上發揮重要作用，減少化石燃料燃燒，助推油田能源轉型發展。

3.1 發展地熱能是調整能源結構、應對氣候變化的需要

我國是世界能源消費大國，能源消費結構不盡合理，經濟發展面臨資源和環境的雙重壓力。《地熱能開發利用“十三五”規劃》制定了到2020年地熱能供暖年利用量達4 000萬噸標準煤（2 800萬噸標準油）的目標[1]，按每平米供暖消耗29千克標準煤計算，至2019年底我國地熱能供暖年利用標準煤達3 260萬噸，按現有發展速度，預期至2020年底可完成規劃目標。屆時，地熱能供暖年開發利用量相當于新疆塔里木油田2019年油氣產量當量，地熱產業規模化發展對優化我國能源結構有重要意義。

2015年6月30日，我國向《聯合國氣候變化框架公約》秘書處提交了《強化應對氣候變化行動——中國國家自主貢獻》的文件，確定我國2030年的自主行動目標為：二氧化碳排放2030年左右達到峰值并爭取盡早達峰，單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降60%~65%，非化石能源占一次能源消費比重達到20%左右。我國面臨著較大的溫室氣體減排壓力，必須加快構建以低碳能源為主的能源體系。與同為清潔能源的天然氣相比，地熱可實現“零碳排放”，在應對氣候變化、減排二氧化碳角度更具優勢。到2020年底《地熱能開發利用“十三五”規劃》提出的地熱供暖年替代標準煤達4 000萬噸目標實現后，地熱供暖可實現年減排二氧化碳1億噸，大力發展地熱產業對我國應對氣候變化、履行巴黎協定中國承諾及推進生態文明建設具有重要意義。

3.2 發展地熱能是防治大氣污染的需要

隨著經濟社會的發展，環境污染問題已成為新時期下我國社會發展所面臨的重要約束，北方地區冬季大面積霧霾給人民群眾身體健康和生產生活造成嚴重影響。霧霾的成因包括煤炭燃燒、汽車尾氣、工業排放、建筑揚塵、垃圾焚燒等，研究表明，煤炭燃燒特別是散煤分散燃燒是造成冬季霧霾的一個重要原因。農村地區散煤價格低廉，燃燒散煤是農戶冬季取暖的首要選擇，造成大量污染物低空排放。截至2016年，北方農村地區取暖年消耗散煤近2億噸標煤，占北方取暖用煤炭年消耗的二分之一[11]。

在中央財經領導小組第十四次會議上，習總書記強調推進北方地區冬季清潔取暖，關系霧霾天能不能減少，是能源生產和消費革命、農村生活方式革命的重要內容，要按照企業為主、政府推動、居民可承受的方針，宜氣則氣、宜電則電，盡可能利用清潔能源，加快提高清潔化供暖比重。北方地區清潔能源取暖改造以“煤改電”和“煤改氣”為主，其他形式僅有少量試點[12]。“煤改電”和“煤改氣”將高品位能源用于供暖，存在“高能低用”問題，造成能源浪費。此外，天然氣供暖費用是散燒煤的2倍左右，電直熱供暖費用是散燒煤的2.5倍以上[13]，高額的燃料費用增加了居民供暖成本，影響清潔取暖的長期可持續性。在清潔取暖推進的瓶頸期，北方地區亟需品位對口、價格合理的清潔熱源。地熱能能源品位適合供暖且運行成本低，居民支出取暖費與散燒煤基本持平，高度適合清潔取暖。地熱供暖既可以在城鎮地區推廣集中式中深層地熱供暖，也可以在城市集中供熱管網覆蓋不到的農村地區推廣分布式淺層地熱能供暖。相對于太陽能發電、風電等替代的燃煤電廠排放的污染物，地熱供暖可替代農村取暖直燃的散燒煤，發展地熱對于大氣污染治理有突出意義。

3.3 發展地熱能是油田能源轉型的需要

我國老油田面臨原油產量低、新增探明儲量少、人工成本高等問題，需要尋找新的經濟增長點。油田地熱、余熱資源量大，利用前景廣闊。一是我國主要含油氣盆地也是中深層地熱資源分布的主要地區。僅大慶油田、華北油田、遼河油田三家油田蘊藏的地熱資源總量達109 340億吉焦，可采資源總量達4 250億吉焦，折合標煤143.7億噸[14]。二是我國油田尤其是東部老油田經過幾十年的開采，大多進入了高含水和特高含水期，采出液體中含水量高達90%以上，有的甚至高達95%。采油污水溫度較高，含有大量余熱。中國石化年產污水量約為4.3億立方米，中國石油年產污水量約為6.8億立方米，按照10℃溫差計算，理論共可利用余熱資源量約為0.42億吉焦/年，折合標煤142萬噸/年。三是我國老油田擁有成型的油氣勘探開發隊伍，先進的鉆井等作業設備，且隨著油氣資源的衰減，人員和設備出現了部分閑置的情況。通過對這些技術人員的培訓和對設備的改造，均可投入到地熱資源的勘探開發。當前，我國油田地熱、余熱資源和地熱開發技術優勢沒有得到有效發揮，開發生產、油氣集輸系統、居民供暖需要的熱量大多由加熱爐、鍋爐通過燃燒原油、天然氣和煤提供[15]，在增加用能成本的同時浪費能源。我國油田應充分開發利用地熱和污水余熱資源，替代化石燃料燃燒，盤活閑置資產和人員，持續推進節能減排，建設綠色生態油田。

4 地熱產業未來發展方向與實施路徑

隨著地熱開發利用規模進一步擴大，地熱應在北方冬季清潔取暖和夏熱冬冷地區供暖制冷中，在西南地區清潔電力供應上，在油田社區供暖和生產用熱中發揮積極作用。

4.1 在北方地區供暖和夏熱冬冷地區供暖制冷中發揮更大作用

地熱供暖應在北方地區冬季清潔取暖中發揮更大作用。北京、天津、河北、山東、河南、山西、陜西等地地熱資源豐富，且大多處于寒冷地區和嚴寒地區，結合地熱資源分布特點與各地區冬季氣候特征，建議充分開發利用五省兩市地熱資源，積極推進資源與市場相匹配的優質項目，以點帶面，逐步形成地熱供暖連片發展態勢。城鎮方面，在中深層地熱資源豐富地區，充分借鑒“雄縣模式”經驗，利用中深層地熱打造“無煙城”，為百姓提供清潔集中供暖服務。農村方面，優先考慮淺層地熱資源，使用地埋管地源熱泵，通過分散取暖方式利用地下土壤強大的儲熱蓄冷能力為農戶供暖制冷，降低運行成本，打造農戶用得起的清潔取暖方式，提高生活水平。

地熱供暖應在夏熱冬冷地區供暖制冷中發揮更大作用。隨著中國特色社會主義進入新時代，我國夏熱冬冷地區人民對供暖需求不斷增長，當前該地區沒有集中供暖，大多數城市居民采用空調、電取暖器等分散取暖方式來度過寒冬，不僅成本高且空氣干燥，舒適性不佳。建議利用該區豐富的地表水和地下土壤淺層地熱資源，以水為介質給住戶供暖制冷，帶來更多舒適感受。地表水方面，利用河湖泊等豐富的地表水系，建設分布式能源站，建成規模化、大型化項目，為居民提供供暖制冷服務。在重慶，湖北武漢、荊州，安徽安慶、銅陵，江西九江，江蘇南京等城市重點利用長江流域水系；在廣西南寧、貴州貴陽、銅仁等城市重點利用珠江流域水系；在上海、浙江寧波等城市重點利用海水。土壤源方面，在地埋管地源熱泵適宜、較適宜區建成分布式開發項目，形成高質量、高技術、高規格地熱產業示范區，帶動我國地埋管地源熱泵項目提質增效發展。

4.2 在西南部地區發電中發揮更大作用

地熱發電具有運行穩定，不受氣候、天氣限制，利用系數高等特點，適合作為基本負荷電源。我國西南部地區，尤其是西藏南部、云南西部、四川西部等地區中高溫地熱資源豐富，地熱發電潛力大。同時，這些地區多位于我國青藏高原、部分居民居住生活比較分散且人口總密度較低。建議充分發揮地熱資源分散分布、無需建設長距離輸送管網的特點，在資源、需求匹配區域抓緊建成一批地熱電站，不僅能解決部分地區長期缺電問題，促進當地經濟發展和居民就業，還能提高清潔能源電力供應比例，保護生態環境。

4.3 在油田社區供暖及生產用熱中發揮更大作用

我國各油田應加大地熱、余熱資源開發力度，提升油田總體能源利用效率，擴大地熱、余熱項目規模，在增強油田競爭力的同時，助力美麗中國建設。一是開發利用地熱田，滿足油田職工及所在地區居民冬季供暖需求，替代鍋爐燃燒，在清潔低碳的同時節省化石燃料。二是利用污水源熱泵提取油田采油污水中余熱，滿足油田輸油設施伴熱需求和聯合站供暖需求，替代現有燃油燃氣加熱爐，實現降本增效。

5 促進地熱產業發展的政策建議

“十四五”是我國地熱產業發展的重要時期，為保障地熱產業規模有序發展，我國應進一步加強技術研發、規范行業秩序、加大政策支持。

5.1 通過技術重大專項及加大投入方式加強核心關鍵技術研發

各級財政應加大地熱能資源科技創新重大專項資金支持，推進地熱能勘探開發利用核心關鍵技術的研發。一是研發經濟可行的深層熱儲探測技術系列，提高深層復雜地質目標識別精度，降低勘探風險，發現更多優質地熱資源。二是攻關砂巖地熱尾水經濟回灌技術，研究砂巖回灌機理，研發改造增滲技術、回灌流體處理技術，取得砂巖熱儲開采技術的突破，保證現有砂巖地熱項目尾水實現完全經濟回灌。三是研發中深層地熱開發井下高效換熱技術，研究增強單井換熱能力的措施，設計新型單井結構，實現高效換熱技術規模化利用。

5.2 出臺相關技術規范和監督政策，進一步規范行業秩序

政府主管部門應充分發揮職能作用，建立健全各項管理制度，維護良好地熱能開發利用秩序。一是淺層地熱資源開發方面，一方面加強淺層巖土熱物性測試研究，合理設計系統負荷，維持熱泵系統熱平衡；另一方面政府改變設備購置投資補貼方式，將一次性補貼分次發放，約束企業行為，使設備制造企業重視產品質量及后期運行維護。二是中深層地熱資源開發方面，對地熱尾水執行強制回灌。縣級以上自然資源主管部門應加強對采礦權人的事先和事中監管，在地熱項目開工環節配套鉆鑿回灌井、安裝回灌計量設備，在地熱項目運行階段開展回灌運行監測和執法，對不按回灌方案實施回灌、不符合標準的依法查處。三是建立政府主導的地熱資源勘查開發利用全產業鏈的數據匯交、共享與服務制度，形成全國地熱資源開發利用大數據平臺，主要包括地熱資源基礎數據、開發利用動態和效率監測數據及產業網絡信息管理系統等，為地熱能資源調查評價與科學開發利用提供支撐。

5.3 加大對地熱開發利用財稅政策扶持

扶持政策對處于發展初期的地熱產業至關重要，直接影響地熱投資企業積極性。政府應出臺財政補貼和優惠政策，激勵地熱產業發展。一是給予地熱發電上網電價補貼政策，提高企業積極性，促進地熱發電產業快速發展。二是在北方地區推進清潔取暖過程中，借鑒“煤改電”、“煤改氣”補貼政策，制定國家層面地熱替代散煤的補貼辦法。

6 結論

“十三五”時期，在地熱產業首個五年規劃指導下，在北方地區冬季清潔取暖背景下，我國地熱產業取得較快發展，但仍存在開發利用核心技術支撐不足、行業發展無序、支持政策不明確等問題。“十四五”時期是我國地熱產業發展關鍵時期，面對能源結構調整、氣候變化防治、大氣污染治理的新形勢，我國地熱供暖產業應抓住北方地區冬季清潔取暖和夏熱冬冷地區供暖制冷契機，加大中深層地熱資源和淺層地熱資源開發力度；地熱發電產業應充分發揮利用系數高、分散式無需長距離輸送管道優勢，提高清潔電力，滿足邊陲地區用電需求；油區地區應充分利用油田豐富的地熱、余熱資源和開發中積累的地質資料和開采經驗，加快地熱余熱資源開發利用步伐，滿足社區供暖和生產用熱需求，實現轉型發展。