我國地熱開發的研究現狀與發展趨勢分析

郭相瑞　鄭超越　張脈　張同景　梁哲　鄭永香

摘要：地熱能可加快推進“雙碳”目標的實現，了解我國地熱研究現狀和熱點，可有效促進我國地熱能的開發利用。為探究我國地熱發展和研究現狀，本論述采用文獻計量學和數理統計的方法，以中國知網數據庫中“地熱”為關鍵詞，選取相關度前200篇文獻作為研究對象。基于知網的可視化分析功能，對總體趨勢、關系網絡和分布等方面進行分析，明確了地熱學科的發展趨勢和地熱文獻的主要來源。分析結果表明：我國的地熱文獻近年來增長趨勢迅猛，地熱研究已成為近年來的熱點話題。根據關鍵詞出現頻次可知研究熱點集中于“地熱資源”和“熱儲層”，并借助知網可視化分析完成了“地熱”現狀的文獻計量學分析，反映了我國地熱學科的研究現狀和發展趨勢，對我國地熱學科的進一步發展具有重要意義。

關鍵詞：地熱;研究現狀;計量學分析;CNKI 系統

中圖分類號：P314文獻標志碼：A

0 引言

地熱能是在當前技術經濟和地質環境條件下地殼內能夠科學合理地開發出來的巖石中的熱能量和地熱流體中的熱能量及其伴生的有用組分[1]。地熱能是蘊藏在地球內部的能量，具有儲量大、分布廣、綠色低碳、可循環利用、穩定可靠等特點，是一種現實可行且具有競爭力的清潔能源，對其開發利用越來越受全世界的重視[2]。隨著“雙碳”目標的提出，尋找綠色能源實現化石能源的替代成為當前能源領域的緊迫任務[3-4] 。而地熱能主要依靠地層溫度提供熱能，能源產生可避免二氧化碳和其他污染物的產生，因此地熱能已成為助推“雙碳”目標實現的重要推手。

近年來我國地熱發展面臨的機遇和挑戰共存。在淺層地熱方面，地熱供暖和旅游投資是主要的利用方式。由于淺層地熱的開發難度小，因此在冬季供暖方面得到了廣泛應用。但由于對地熱井的回灌管控較松，導致回灌不及時、地下水超采、水位下降等一系列問題，近年來各地出臺了系列措施加強了淺層地熱利用的管控[5]。而中深層地熱主要是干熱巖資源[6]。青海共和盆地和西藏羊八井地熱田開展了系列先導性實驗和生產實踐[7-8]，為我國中深層地熱利用提供了有益參考。隨著京津冀協同發展和雄安新區建設的推進，地調局水環所等單位在唐山馬頭營實現了干熱巖試驗性發電[9]。在獻縣搭建科研基地，實現了中深層地熱資源的梯級利用（高溫發電，中低溫供暖），為華北地區的碳酸鹽巖地熱儲層利用提供了參考價值[10]。總體而言，我國的地熱利用開發雖然出現較早，但是早期的利用多局限于溫泉和供暖，能源利用率低。隨著近年來地熱資源利用的火熱，各大科研院所和高校紛紛投入到地熱資源開發利用的熱點上來。因此，需要對我國的地熱資源開發研究現狀進行脈絡分析，確定我國地熱發展進程，了解當下所處的位置，明確后續發展的方向。

為明確我國地熱開發現狀，本論述借助于文獻計量學對相關文獻進行分析[11-12] 。文獻計量學是圖書信息學的分支，利用數學和統計方法，根據文獻的一系列不同特征記述、評價、預測科學技術的現狀和發展趨勢。系統地捕捉某個研究領域的文學方法論，能夠理解該研究領域的研究熱點和研究方向，該領域的研究機構和研究人員、文學研究近年來一直處于領先地位，確定同時提出的工作方向也有直接指導意義。因此，本論述將基于文獻計量學方法，借助于中國知網的數據可視化系統，以“地熱”為關鍵詞，對我國的地熱發展進行系統性分析。

1 總體趨勢

1.1 研究發展歷程

本論述以“地熱”為主題在知網可視化系統進行檢索，共檢索到20541篇中文文獻。其中研究論文共4 573篇、咨詢415篇、綜述60篇，我國關于地熱的學術成果最早于1982年發表。檢索到55846篇外文文獻，其中 Research Article 12104篇、News 1607篇、Commu? nication 662篇，國外關于地熱的學術成果最早于1970年發表。從時間節點和數據上看，我國的地熱研究起步時間晚于國外10年左右。從文獻數量上看，國內文獻的發文量約為國外發文量的1/3。綜上，我國的地熱發展略晚于國外，但相差不大。另外我國對于地熱研究的體量相對較小，因此研究熱度具有較大的發展潛力。

為了了解我國的地熱發展研究進程，圖1 總結了1982年以來不同類型的地熱研究成果的年總量的發展趨勢。根據每年的文獻總數，我國的地熱研究發展階段可分為3 個階段。

起步階段：1982年到1998年，地熱研究成果年均156.65篇，有關地熱研究從無到有，1982年到1988年年平均發文量為141.14篇，1989年到1998年年平均發文量為167.5篇。由此可知，1998年之前的發展趨勢屬于穩定慢速上升階段，隨著生態環境問題日益嚴峻，為了加快資源轉型，地熱研究逐漸引起重視。

發展階段：1998年以后我國關于地熱方面的研究迅速發展，1999年到2007年 9年間，年平均發文量為518.4篇，年平均發文量為上一階段3.31倍。期間， 1999年到2003年5年間成果數穩定增長，年均345.2篇，2004年到2007年成果數快速增長，2007年成果數達到了 997篇。

爆發階段：2007年以后地熱研究成果又一次上升，雖然2008年的成果數和2007年相比有所下降，但是總體呈上升趨勢。2008年到2020年期間，年平均成果數為 1120.9篇，較上一階段增長116%，其中2017年達到最高值1 256篇。多年的地熱資源綜合開發和利用實踐表明，其社會、經濟、環境優勢非常重要，既可以促進與地熱利用相關的設備制造業的發展，也可以建立新的大樓能源供給系統，推進新能源服務產業的發展和智能網格相關的設備和技術的開發[2]。根據這些可以預測2021年可達到1 228篇。

1.2 研究機構與研究人員分布

對研究機構的掌握可有效分析地熱研究的重點單位。因此將相關單位按照發文篇數將前10名進行排序，結果如圖2 所示。可以看出地熱研究主要集中于高校，中國地質大學（北京）、天津大學、吉林大學和中國地質大學占據了前五名中的四個名額，企業中，天津市地熱勘察開發設計院對地熱研究的成果最多。此外，高校和科研院中的中國科學院地質與地球物理研究所、成都理工大學和長安大學對地熱也開展了一定研究工作。由此可知，由于地熱的行業性特點，對地熱的研究主要集中于地質類院校和地質企業，企業依托于高校合作展開地熱研究是地熱研究的主要合作方式。

對研究人員的分析可以有效鎖定主要科研人員，有利于文獻的追蹤。因此本論述以研究作者為對象，統計作者研究地熱所取得的成果量，具體見表1 所列。由表1 可知，地熱研究最多的作者是王貴玲，成果量為78篇;緊隨其后的是汪集旸（72篇）和龐忠和（70篇），其研究成果均超過70篇。這三位科研人員一直活躍于當前的地熱開發生產和科研一線，對我國的地熱開發作出了巨大貢獻。此外，對相關人員的成果數分析，成果數大于等于50篇的有7位，16位作者的平均成果數為 47.375篇，整體處于較高水平。

2 關系網絡

2.1 文獻互引網絡

以檢索的地熱文獻為研究對象，對知網的文獻互引網絡進行分析。其中關系強度超過50的文獻3 項，關系強度超過30的文獻有11項，關系強度超過20的有32項。檢索的目標文獻中被引次數超過300次的有6項，被引次數超過200次的有15項，被引次數超過100次的有 30項。其中被引次數最多的是沈照理在水文地質工程上發表的期刊《水文地球化學基礎》，共引1111次。

分析文獻中共引文獻組共有320組，其中共引文獻組為2 的占比最多，多達175組。共引文獻組超過10的有11組。其共引文獻分別為《中國大陸干熱巖地熱資源潛力評估》《中國地熱資源及其潛力評估》《增強型地熱系統（干熱巖）開發技術進展》《中國地熱資源潛力評價》《中國大陸地區大地熱流數據匯編》《我國陸區干熱巖資源潛力估算》《地熱資源地質勘查規范》《地熱學及其應用》《中低溫對流型地熱系統》《華北地熱》《青海共和—貴德盆地增強型地熱系統（干熱巖）地質—地球物理特征》。

分析文獻中共被引文獻有620組，共被引文獻超過10的有12組。其共被引文獻分別為《石油鉆采工藝》《不同溫度壓力條件下花崗巖裂隙形成及特征分析》《湖南溈山掩體干熱巖地質特征及資源潛力》《湖北省三里畈地區干熱巖地熱資源前景分析》《裂隙巖體剪切—滲流—傳熱特性及斷層地熱開發研究》《關中盆地南部山前中深層地熱資源賦存特征及應用》《青海省貴德縣扎倉溝地熱田成因機理及開采潛力研究》。

從共引文獻與共被引文獻分析說明作者在進行文獻編寫時對于基礎文獻的引用重視程度極高，同時也反映出《中國大陸干熱巖地熱資源潛力評估》《水文地球化學基礎》《石油鉆采工藝》等基礎文獻對中國地熱開發及發展的指引作用。

2.2 關鍵詞共現網絡分析

共詞分析法作為文獻計量學常用的研究方法，通過關鍵詞與關鍵詞之間的共現關系描述某一學術領域內部組成關系及其結構，還可以用于揭示學科的發展動態和發展趨勢。關鍵詞共現分析可以用于發現新的學科增長點和突破口，即如果兩個關鍵詞同時與某關鍵詞有較強共現關系，則這兩個關鍵詞之間也可能存在某種關聯，從而導致科學上某種創新的發現[13]。

表2 列出了檢索文獻的關鍵詞共現次數。其中，共現頻次最高的為詞組5，在檢索對象文獻中出現較多的關鍵詞為地熱資源（83次），熱儲層（64次），地熱系統（37次），地熱田（41次），干熱巖（29次），地熱流體（28次），熱儲（21次），地熱井（20次），地下熱水（19次），大地熱流（17次），沉積盆地（15次）。由此可知，地熱研究的熱點主要集中在熱儲層的研究，關鍵詞“干熱巖”“地熱井”“地熱系統”等關鍵詞主要用于描述地熱資源的開發，由此可知，地熱資源的開發偏于開發過程中的探索。除此之外，詞組6 的共現頻次較高，頻次大于10。相關關鍵詞的主要研究內容以地熱水的開發利用為主。詞組4 中的“裂縫網絡”等關鍵詞則主要涉及增強地熱系統的壓裂改造，由此可知，干熱巖的壓裂改造也是地熱開發中的一個熱點。

2.3 作者合作網絡

作者的合作網絡可以了解到不同作者之間的關聯性，了解其學術交流的活躍度，表3總結了檢索的200篇文獻中作者的發文數量和被引頻次。從表3 得知，檢索文獻中發文量前四位的是王貴玲（15篇）、胡圣標（3篇）、王焰新（3篇）、曾昭發（3篇），平均發文量6 篇。此外，從圖3 中看出，被引頻次較多的單位有中國科學地質與物理研究所、中國地質調查局水文地質環境調查中心，中國石油大學、中國地質科學院水文地質環境地質研究所、吉林大學等這些具有雄厚科研能力的機構。地熱研究仍以地球科學研究院所為主，高校企業為輔，研究體系已具有基本雛形。但是從整體上看各個研究單位尤其是科研機構與企業研究機構之間并未形成完整的研究網絡，很多資源無法流通也對研究成果的產出不利。從中國的發展模式來看，地熱發電主要依靠政府支持，但是強度非常有限。地暖和地熱利用熱泵技術主要依靠企業投資，但企業以獲取利益為目的，故對于有特定開發困難的資源通常會被無視。同時，企業的發展處于無序狀態，大多數資源都會被浪費，從地熱資源開發利用的長遠利益來看意義不大。

此外，從圖3 的合作網絡中可以看出相關單位的合作情況。圖3（a）為合作關系相對密切的單位網絡，其中以中科院地球物理所為中心，西藏地勘、地調局水環所、吉林大學、中國石油大學等單位強強聯合，針對地熱資源的開發利用建立了良好的合作關系。圖3（b）則展示了相對獨立的作者單位，其中主要以生產單位和石油科研單位為主，如新星石油有限責任公司、中石油勘探開發研究院、中國石化石油物探研究院等。這是由于當前的地熱開發多借鑒于石油工業的技術，石油企業在鉆井、壓裂、地下流體開采、流體運移規律等方面具有豐富的理論和實踐經驗。因此借助于石油工業可有效加快地熱行業的發展。

3 結論

本論述基于地熱研究現狀，對目前地熱研究總趨勢進行了總結;然后基于知網的可視化分析，對地熱目前研究現狀進行了計量分析，得到以下結論：

（1） 在1983年至2019年間，地熱研究成果總體呈現增長態勢，其中于1998年至2017年呈現高速增長，也反映出此階段國內對地熱研究的重視以及地熱未來良好的發展趨勢;

（2）目前地熱研究成果大多產出于具有雄厚科研實力的大學或者國內頂尖研究機構或企業，并且院校作者大多注重于地熱理論研究，企業或研究機構注重于對地熱的開發利用研究;

（3）目前各個單位作者之間合作關系較為分散，并沒有形成完整的合作關系。

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