中科院龐忠和：地熱開發利用新時代，從雄安起

地球的地熱總能量雖然巨大，但其分布很不均勻，要想加以經濟合理的有效利用，需要找到資源聚集地，進行清晰的地熱資源成因模式研究、準確的地熱資源儲(chu) 量評價(jia) 研究，不斷開辟新的資源儲(chu) 備。這是地熱資源規模化可持續利用的基礎。

冬季是華北地區霧霾頻發的時期，清潔取暖是從(cong) 源頭上治理霧霾的關(guan) 鍵一環。華北地區地熱資源豐(feng) 富，其中京津冀地區為(wei) 豐(feng) 富。“大華北要看京津冀，京津冀要看雄安新區”，雄安新區的地熱是如何形成的？資源量多大？能滿足多大規模供暖需求？是不是可再生的？如何可持續？會(hui) 不會(hui) 汙染環境？

21世紀以來，我國集中開展了大型岩溶熱儲(chu) 評價(jia) 與(yu) 開發關(guan) 鍵技術研究。理論模型和現場實踐結果均表明，華北地區廣泛分布的碳酸鹽岩儲(chu) 層中發育的大型岩溶熱儲(chu) ，規模大，地熱資源品質優(you) ，可以實施采灌平衡的大規模開發利用，屬罕見，可以支撐地熱供暖形成產(chan) 業(ye) ，替代燃煤，緩解該地區霧霾。

中科院的地熱團隊在華北地區開展了長期的地熱研究。“六五”計劃期間（1981年—1985 年），開展了係統的地溫測量和大地熱流測試，收集整理了石油勘探的地熱資料，圈劃出相對高溫區域，開展地溫場的數學模擬，探討了該地區的構造—熱演化特點。20 世紀90 年代，開展了冀東(dong) 油田地熱資源研究。“十一五”期間（2006年—2010 年），開展了華北地區深部煤礦山熱害防治研究，針對煤層與(yu) 碳酸鹽岩熱儲(chu) 組合結構，研究熱量聚集與(yu) 熱害形成機理與(yu) 分布特點。“十二五”期間（2011年—2015 年），開展了渤海灣盆地二氧化碳地質封存中的地熱問題研究、典型熱儲(chu) 成因分析與(yu) 開發利用技術研究、大型岩溶熱儲(chu) 對規模化開采的響應研究。此外，還有“華北克拉通破壞的地熱模型製約”等基礎性研究工作。

基於(yu) 長期的研究，發現雄安新區地下蘊藏著極其豐(feng) 富的地熱資源。僅(jin) 就地下3000米以淺的經濟深度而論，就有三類地熱資源和熱儲(chu) 層可供利用。類是淺層地熱能（位於(yu) 地下200米以淺），可與(yu) 地源熱泵技術相結合，達到節能目的。地源熱泵供暖效率通常比普通空調高4倍，比空氣源熱泵高2倍。此類地熱資源的利用，采用地埋管換熱方式，不破壞環境，節電、節煤*。雄安新區淺層地熱能在地下空間合理調配的基礎上比較適合利用。第二類是砂岩熱儲(chu) （位於(yu) 地下200米至3000米深度範圍內(nei) ），可以采用抽水加回灌的方式利用，可用於(yu) 供暖或供熱，替代燃煤，減緩霧霾。

不過，此類熱儲(chu) 層有一定局限性，主要缺點是有一些地區回灌比較難，平均隻有30%回灌率，即每開采100立方米熱水，隻有30立方米左右可以順利回灌到地下。剩下的部分，若排放到地表水體(ti) ，則會(hui) 帶來汙染，達不到清潔能源的要求。因此，此類資源應該慎用，可以實行以灌定產(chan) 的政策加以調控。第三類是碳酸鹽岩熱儲(chu) （位於(yu) 地下1000米至3000米深度範圍內(nei) ），其中的中、晚元古界岩溶（喀斯特）特別發育，形成大型岩溶熱儲(chu) ，可用於(yu) 供暖或供熱。在雄安新區，廣泛分布著元古界霧迷山組白雲(yun) 岩熱儲(chu) ，總厚度可達數千米，千米深處的溫度在60攝氏度以上。其優(you) 點是出水量大，尾水可以100%回灌到地下，實現循環利用。

雄安新區以上三種類型地熱資源都很豐(feng) 富，如何持續開發利用呢？需要依靠先進的地熱開采關(guan) 鍵技術及示範工程。

地熱資源開發利用技術經曆了兩(liang) 代演變。代技術的基本特征是直采、直供、直排，但由於(yu) 環保水準很低，現已放棄不用。第二代技術是采灌結合、用熱不用水，環保水準很高，已經得到各地的重視和推廣應用。在我國，淺層地熱能的利用技術比較成熟。隻要抓好嚴(yan) 格監管等工程質量控製措施，大部分地方可以使用。實踐中，一般鼓勵地埋管模式的土壤源熱泵係統，限製需要抽水的地下水源熱泵係統，以保護珍貴的地下水資源。對於(yu) 中深層砂岩熱儲(chu) ，在回灌條件好的地方，普遍采用第二代技術，回灌技術也在不斷進步中。對於(yu) 基岩中的岩溶熱儲(chu) ，逐步形成了規模化、產(chan) 業(ye) 化的地熱開發利用技術體(ti) 係，並進行了應用實踐。

雄縣地熱供暖示範工程基於(yu) 政產(chan) 學研用相結合的方式，實現了地熱利用率和接近*高水準的清潔能源利用雙重目標，迄今已經平穩運行了8年。2014年年初，國家能源局開始把雄縣地熱供暖的示範項目向北方地區推廣。

在過去20年裏，我國地熱資源直接利用總量一直處於(yu) 先進行列，目前還比美國高1倍以上。同時，一般供熱係統的主體(ti) 設備都是國產(chan) 化的，因而技術基礎較好。在尾水回灌技術上，通過持續探索，形成了可支持規模化開發利用的熱儲(chu) 回灌技術係列。雄縣地熱田回灌始於(yu) 2010年，地熱尾水的回灌避免了地表排放帶來的汙染，也有效地減緩了熱儲(chu) 壓力的下降。

雄安新區地熱開發如何可持續？采灌井的合理布局和井距是地熱田優(you) 化開采極為(wei) 關(guan) 鍵的兩(liang) 方麵內(nei) 容，關(guan) 係到企業(ye) 的生產(chan) 成本和熱田的使用壽命。為(wei) 此，研究團隊建立了一套用於(yu) 評價(jia) 熱田合理布局和井距的方法，雄縣地熱田在對井模式下，采灌井井距為(wei) 400米。



為(wei) 實現更快的技術進步和更大範圍的推廣應用，建議將地熱資源利用納入大氣汙染防治的總體(ti) 規劃之中。采取必要政策措施與(yu) 資金扶持，引導地方加大推廣力度，出台優(you) 惠政策，鼓勵各類企業(ye) 積極參與(yu) ，提升開發效率和水平，逐步形成和發展綠色地熱能源產(chan) 業(ye) 。

同時，進一步加強地熱資源勘查，查清更深層地熱儲(chu) 層發育狀況和地熱資源開發利用條件。在雄縣模式的基礎上，雄安新區應該立足於(yu) 高起點、高標準、高水平的地熱資源開發利用；在容積率比較低的住宅區，可采用淺層地熱能供暖，地源熱泵是新型節能技術，在地下空間合理協調的前提下，應該充分加以利用；在集中辦公區域宜采用中深層地熱能供暖。

依托地熱，多能互補。一方麵，加強地熱係統運行的長期動態監測和定量化熱儲(chu) 模擬；另一方麵，對於(yu) 砂岩熱儲(chu) 和岩溶熱儲(chu) 開發利用條件稍差的地方，開展儲(chu) 層改造技術研發和試驗。同時，鼓勵探索以地熱能為(wei) 主體(ti) ，多種清潔能源融合的“地熱+”第三代技術的研發與(yu) 應用示範。

（作者為(wei) 中國科學院地熱資源研究中心主任龐忠和。中國石油報記者根據其在2018第三屆中國地熱產(chan) 業(ye) 發展與(yu) 地源熱泵創新技術大會(hui) 上的發言整理。本文有刪減。）



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