欧洲地热资源开发利用现状及启示

郑人瑞，周 平，唐金荣

(中国地质调查局发展研究中心，北京 100037)

欧洲地热资源开发利用现状及启示

郑人瑞，周 平，唐金荣

(中国地质调查局发展研究中心，北京 100037)

欧洲地热资源开发利用发展迅速，在全球地热市场占据重要地位。在国家大力推进地热能开发利用的背景下，欧洲地热利用的发展趋势和经验对我国地热开发利用具有重要的借鉴意义。本文在跟踪欧洲地热发展现状的基础上，对欧洲地热市场和地热能开发利用技术，以及欧盟为支持地热发展所采取的行动和财政支持政策进行了梳理总结。针对当前我国地热资源开发利用存在的问题，提出加强我国地热资源开发的建议：开展地热资源开发利用现状普查与监测；加强重点地区的地热资源勘查评价；因地制宜地发展多种地热利用方式；加大对地热资源开发的政策支持力度；引进和创新地热利用的理论和技术方法；建立全国性地热发展联盟和平台。

欧洲；地热发电；直接利用；地源热泵；增强型地热系统

地热能是一种绿色低碳、可循环利用的可再生能源，具有储量大、分布广、清洁环保、稳定可靠等特点。我国地热资源丰富，市场潜力巨大，加快开发地热能对调整能源结构、节能减排、改善环境、推进新兴产业发展、促进生态文明建设具有重要的现实意义和长远的战略意义。2017年2月，国家《地热能开发利用“十三五”规划》发布，明确指出，“十三五”时期，我国将新增地热能供暖(制冷)面积11亿m2，新增地热发电装机容量500 MW。到2020年，地热供暖(制冷)面积累计达到16亿m2，地热发电装机容量约530 MW[1]。而目前的利用现状是，2015年底全国地热能供暖(制冷)面积为3.92亿m2，地热发电总装机容量为27.28 MW，实现“十三五”地热能发展目标将是一项艰巨的任务。

欧洲现代工业开发利用地热起步较早，并取得了相当的成就，目前在全球地热能开发利用市场中占据重要地位。欧盟委员会联合研究中心(JRC)最新报告显示，2015年，全球地热装机总容量大约为82 GW，其中欧洲占比最高，达到36%左右。从具体国家来看，地热能装机容量最高的前15个国家的总装机容量达到全球的85%，其中有10个国家分布在欧洲[2]。本文在跟踪欧洲地热发展现状的基础上，从地热发电、地热直接利用、地源热泵和增强型地热系统等地热能利用方式入手，对欧洲地热市场、地热能利用技术和欧盟为支持地热发展所采取的一系列行动和支持政策进行了梳理，总结欧洲地热开发经验，同时结合我国地热资源开发利用存在的问题，提出加快我国地热资源开发的建议，以飨读者。

1 欧洲地热开发现状及趋势

欧洲的火山和沉积盆地中蕴藏着丰富的地热资源，熔岩驱动的高热烩地热资源主要分布在冰岛、意大利、希腊和土耳其，多用于发电。可供直接利用的中、高温地热资源多分布于盆地地区，如法国、德国、波兰、意大利、匈牙利、罗马尼亚等国家。而随着地源热泵技术的开发和应用，浅层地热资源则随处可用，尤其是在奥地利、瑞士、德国和瑞典等多个国家得到广泛的推广应用(图1)。

图1 欧洲大地热流密度分布示意图(资料来源：Global Energy Network Institute[3])

1.1 地热发电

在欧洲，地热发电已经成为一种环境友好，且可持续的能源供应方式，这也使得欧洲的地热发电市场在全球占有一席之地。截至2014年底，全球地热发电厂装机容量达到12 GW，其中欧洲地热发电装机容量约为2 060 MW，约占全球的17%，2014年新增装机容量770 MW中的27%来自于欧洲[2]。近几年，全球地热发电量也在持续增加，2014年达到74 TWh，其中欧洲88座地热发电厂2014年总发电量为12 TWh[4]，占全球地热发电量的16.2%，欧洲近十年间地热发电量6.3%的年均增长率更是高于全球水平(3%左右)。目前，欧洲地热发电主要分布在意大利、冰岛和土耳其三个国家，合计占比占97%左右，近几年新增地热发电量主要来自土耳其，而意大利和冰岛地热发电量相对稳定(图2)。

图2 2005～2015年欧洲地热发电增长情况(数据来源：Joint Research Centre[2])

1.2 地热直接利用

地热直接利用的方式主要包括：区域供暖、洗浴和游泳加热、温室加热、水产养殖池加热、工业用热、农业干燥和融雪等，目前欧洲地热直接利用最为活跃的部门仍然是集中供暖，地热供暖产热量约占地热直接利用的40%[2]。欧洲地热能源委员会(EGEC)统计，2015年欧洲开展地热直接利用的国家有23个，装机总容量估计为4 701.7 MW，约占全球地热直接利用装机容量的43%左右，主要利用国为冰岛、土耳其、法国和匈牙利等(图3)。

1.3 地源热泵

地源热泵技术在欧洲获得广泛推广应用，2013年“欧洲地热大会”(EGC)将地源热泵作为地热利用的一个独立分类进行统计。据JRC 2015年报告，全球地源热泵总装机容量约为50 GW，其中欧洲装机容量达到19 GW，全球占比最高，达到38%左右[2]。目前，瑞典、德国、法国、瑞士和挪威成为欧洲地源热泵领域的领头羊，5个国家地源热泵装机容量之和占欧洲的69%(图4)。欧洲的地源热泵市场已经从过去由许多小型本地公司组成的市场发展成为主要由供暖和空调制造商组成的大规模市场。目前，欧洲地源热泵市场被几个主要生产商所控制，像BDR、Bosch、Danfoss、Nibe和StiebelEltron等，这些大的制造商主要来自于地源热泵发展较为迅速的德国和瑞典。

1.4 增强型地热系统

增强型地热系统(EGS)是在干热岩技术基础上提出来的，美国能源部的定义是采用人工形成地热储层的方法，从低渗透性岩体中经济地采出深层热能的人工地热系统[5]。增强型地热系统的开发主要依赖于两种深层构造，一种是张性断裂和裂隙不发育的干热岩层，通常被称为干热岩系统；另一种是缺少对流的深部沉积含水层，通常被称为热沉积含水层(Hot Sedimentary Aquifer，HSA)。

图3 2015年欧洲主要国家地热直接利用装机容量情况(数据来源：EGEC[4])

图4 2014年欧洲主要国家地源热泵装机容量情况(数据来源：EGEC[4])

由于EGS具有热能蕴藏量巨大、利用效率高、系统稳定的特点，各国一直在进行着EGS试验，但EGS研究开发是一项综合性很高的工作，目前世界上开展EGS示范性研究的国家仅限于美国、英国、法国、德国、日本、瑞典、瑞士、奥地利和澳大利亚等国家，其中欧洲的发展最为迅速。在已建立的32个EGS项目中(表1)，目前正在运行的有14个项目，其中有10个分布在欧洲(德国6个，英国2个，法国1个，奥地利1个)。在欧洲的10个运行项目中，其中有6个已实现了商业化开发，像德国的Unterhaching和英国的Eden等。从EGS的开发类型上来看，全球32个增强型地热系统主要为干热岩系统(22个项目)，其次为热沉积含水层系统[2]。由于欧洲干热岩系统比热沉积含水层的存在要广泛得多，所以针对干热岩的增强型地热系统技术发展较快。

2 地热利用技术发展现状

从整个欧洲来看，地热发电、直接利用和地源热泵三种地热利用方式都得到较好的应用和发展，且已具备相关的成熟技术，目前的研究和攻关焦点在于进一步降低成本，使地热利用更具市场竞争力。针对不同的地热利用方式，表2中给出了三种方式目前的技术现状和发展领域[6]。

2.1 高温地热发电占主导，中低温地热发电势头正旺

欧洲地热发电市场主要在意大利、德国、冰岛和土耳其。发电技术方面，主要有干蒸汽发电、闪蒸发电和有机朗肯循环发电等，其中干蒸汽发电和闪蒸发电技术主导欧洲市场，占比分别为40%和42%。比如，意大利(高温干蒸汽地热资源丰富)以干蒸汽发电技术占据主导；冰岛地热资源为高温湿蒸汽资源，几乎都采用闪蒸发电技术[7]。但近10年，利用中低温地热能的有机朗肯循环发电技术发展迅速。2014年，欧洲地热发电装机容量较2013年新增170MW，全部来自于土耳其利用有机朗肯循环发电技术的中低温地热发电(图5)。

表1 全球增强型地热系统项目概况

数据来源：Joint Research Centre。

图5 欧洲主要地热发电技术(数据来源：Joint Research Centre)

2.2 地热直接利用技术已成熟，新技术出现较少

关于地热直接利用技术的发展，早在1984年，Gudmundsson就指出“地热直接利用的技术已经成熟，并且不应该成为进一步发展的障碍”[8]。Blanco等发现，近几年除了在建筑供暖的集成利用方面有一些新的进展外，地热能直接利用领域并没有多少新专利[9]。目前，供热系统是推动地热直接利用最有力的部门，由于地热流体往往不适合直接被分配到区域供热网络中，因此地热直接利用的发展取决于其他行业热交换器先进技术的发展。而在地热资源开发方面，一个新的概念被提出来，主要是通过钻探一个新的生产井，同时把前两个钻井转换成回灌井(三重系统)，以此来延长设计项目的寿命。这个概念已经在法国付诸应用，它可以使地热能源延长30年的使用寿命，欧洲越来越多的供热系统开始采用此三重系统[10]。

2.3 地源热泵技术方兴未艾，发展迅速

2013年，地源热泵从地热直接利用脱离出来，单独成为地热利用的一个领域，这充分说明地源热泵在欧洲地热利用中的重要位置。当前，地源热泵技术研发的主要目标在于提高地源热泵系统的效率和减少运作成本，主要进展包括：降低维修和养护成本，改进控制系统，使用更有效的液体工质，提高辅助设备(如泵和风扇)的工作效率。目前，地源热泵的性能系数通常在3～4左右，通过优化设计提高热泵的性能系数是目前技术发展的主要关注点[11]。同时，开发环保型、热特性更好的新型防冻液，优化地源热泵集分水器的材料也被寄予厚望[12]。

3 欧盟为促进地热开发所采取的行动及支持政策

欧洲地热资源利用的发展离不开欧盟在区域层面推出的一系列支持政策和联合行动计划。欧盟通过其“研究和创新框架计划”和其他鼓励机制来支持地热资源的开发，并且通过建立相应的法律和政策框架来促进地热资源的有序健康发展，图6展示了欧盟为推动地热发展所开展的一系列行动计划，以及推出的政策措施。从1998年欧洲地热能源委员会成立、2000年欧洲热泵协会成立，到2010年EERA地热联合计划启动、2012年地热ERA-NET计划启动，欧洲地热能开发利用的平台和联合计划不断完善；从2004年欧洲经济和社会委员会起草决议以促进地热开发，到2012年《地热科技的战略研究重点》发布，明确欧洲地热开发利用的方向和目标，欧洲对地热能开发的支持政策不断细化[13]。

表2 欧洲地热技术发展现状、研发焦点和发展领域

数据来源：European Commission。

针对地热能开发和利用，欧盟内部存在着一系列形式多样的政策支持制度。这些支持政策在不同成员国间有所不同，同时因三种不同地热利用方式(发电、直接利用和地源热泵)的发展现状而有所差异。

欧盟地热发电补贴形式多样，但进展较慢。地热发电项目通常具有前期投入大、开发时间长的特点，至少需要3年时间，平均开发时间大约为5～7年。鉴于此，欧盟在2009年立法要求在传统电力系统运行条件允许的情况下，要优先安排可再生能源发电。欧盟对地热发电的政策支持方式主要有：风险保险基金、上网电价补贴政策(FIT)、可再生能源溢价机制(FIP)、可交易证书、投标和软贷款等。虽然FIT和FIP这些基于市场的机制通常适用于多种新能源技术，但在地热发电项目的应用并不理想，因此欧盟对地热发电提供类似政策支持的国家并不多，目前实行FIT政策的有奥地利、法国、德国等9个国家，实行FIP的则仅有意大利、荷兰等4个国家[2]。

目前，欧洲地热能的直接利用和地源热泵技术已经较为成熟，补贴正在逐渐减少。政府财政支持的方式主要有投资补助、减税、碳排放税减免、保险和低息贷款等，目前欧盟多数国家仅保留投资补助这一项支持政策，只有少数几个国家仍实行多种财政支持政策，比如法国在投资补助、减税、碳排放税减免和保险等方面都有支持(表3)。欧洲地热能源委员会(EGEC)认为，从成本的角度看，地热取暖技术(增强型地热系统除外)与化石燃料采暖技术相比变得更有竞争力，这使得政府对地热直接利用和地源热泵技术的补贴逐步降低。但同时，地热开发前期投入大依然阻碍着地热相关技术的发展，因此需要引进一些创新性的融资工具，例如能源服务公司(ESCO)或者对地源热泵消耗的电力给予折扣。

表3 欧盟不同国家对地热采暖财政支持情况

注：√表示采取该项支持政策；a-补贴；b-保险制度；c-低息贷款；d-电价补贴。

数据来源：Joint Research Centre。

4 对我国地热发展的启示

我国地热资源丰富，开发潜力大，随着国家节能减排和应对气候变化的需要，地热市场需求不断增加，地热能源是我国目前发展所需的一种现实的且具有竞争力的可再生能源。但地热资源的开发利用还存在一系列问题，包括全国地热勘查程度较低，探明的地热储量规模小、品质差；地热直接利用(供暖、温泉洗浴等)长期居世界首位，但地热发电水平低且规模差距较大；与太阳能、风能等其他清洁能源相比，对地热的政策支持力度还有很大差距，缺少相关的法律法规和行业发展规划；核心技术体系有待进一步完善，地热尾水回灌、中低温地热发电、干热岩开发利用等技术有待突破等[14]。针对上述存在的主要问题，借鉴欧洲的地热发展经验，提出了以下几点建议。

1)开展地热资源开发利用现状普查与监测。查明我国地热资源开发利用现状是进行科学规划的基础。我国是中低温地热资源的大国，具备发电的高温地热资源有限，近年来我国对中低温地热资源的开发利用有了很大的发展，其规模堪称世界第一，只有对开发地热用于地热温室、温泉洗浴、供热采暖、地热发电等各个方面进行全面普查，才能客观反映我国地热能利用的实际情况。同时，应注重地热资源开发利用状况的动态跟踪，通过建立全国地热能开发利用监测信息系统，利用现代信息技术，对地热能勘查、开发利用情况进行系统的监测和动态评价。

2)加强重点地区的地热资源勘查评价。地热资源的勘查开发要与当地的资源条件、环境要求和市场需求相结合。京津冀地区是我国重要的地热分布区，同时也是雾霾问题最严重的地区，应加快推进区内主要城市浅层低温能的调查与开发利用，用于建筑物供暖制冷；长江经济带冬季供暖是近年来强烈的民生需求，要加快开展区内中大比例尺地热资源调查，充分利用浅层低温能资源。而干热岩作为国家战略性接替资源，要选择重点区域进行干热岩资源调查和开发技术攻关，开展增强型地热系统的示范研究，为实现商业化开发提供资源和工程技术保障。

3)因地制宜地发展多种地热利用方式。我国地热资源量大，类型丰富，开发利用潜力巨大。但目前地热利用方式仍以直接利用为主，且技术较为成熟，而地热发电的水平和规模差距明显。为实现我国地热资源综合高效利用，在推广地热直接利用的同时，要加强地热发电的利用水平，关键在于突破针对不同类型地热资源的多种地热发电技术，如利用中低温地热能的有机朗肯循环发电技术。在促进地热发电、供暖等高低端产业协调发展的同时，还要注重提高地热能利用的集约化水平，开发梯级高效利用技术，降低地热尾水排放温度，极大地提高地热利用率。

4)引进和创新地热利用的理论和技术方法。针对地热发电、直接利用和地源热泵，以及增强型地热系统等地热开发利用方式，欧盟已形成较为成熟的技术体系，当前关注的焦点在于进一步优化技术和创新理论，从而降低成本获得竞争优势。我国在开展地热资源勘查、开发利用的同时，应注重对国外先进理论和技术的引进，进一步结合我国地热资源开发利用条件进行改造创新，从而加快我国地热能开发利用步伐。

5)加大对地热资源开发的政策支持力度。目前我国在地热能利用上依然与欧盟、美国等地热利用强国(地区)存在差距，这些国家或地区地热能的迅猛发展，离不开良好的产业发展环境和政策激励作为支撑。欧盟通过发布“关于促进可再生能源的使用的指令”，要求欧盟成员国必须实施“国家可再生能源行动计划”(NREAP)，其中19个欧盟国家已将地热能源列入NREAP计划中[2]。而德国政府更是通过颁布《可再生能源法》，以法律的形式推进地热能源等可再生资源的开发利用[15]。因此，我国应将地热能开发利用列为重点优先发展产业，制定优惠扶持政策及产业发展法规，如地热发电上网电价优惠、供暖(制冷)价格补贴、减税、有利于地热产业发展的规范标准等，从而推动我国地热产业的可持续发展。

6)建立全国性地热发展联盟和平台。借鉴欧盟的经验，通过建立一系列研发平台、联合计划和产业联盟等综合开发模式，促进地热能的高效开发和利用。2016年8月，中国地源热泵产业联盟的成立就是一个很好的尝试，产业联盟成员涵盖地源热泵行业内优秀的研发、制造、销售单位及相关维护运营等企业，将会有力地推动我国地热能开发事业[16]。同时，还可以通过建立国家级研发平台，开展地热领域的联合计划和设立国家专项等方式，整合国内外优势力量，加强地热开发利用理论创新，突破地热勘探、开采、利用、回灌等方面的关键技术，提高地热科技自主创新力和核心竞争力。

[1] 国家发展和改革委员会，国家能源局，国土资源部.关于印发《地热能开发利用“十三五”规划》的通知[EB/OL].(2017-01-23)[2017-02-09].http：//www.sdpc.gov.cn/zcfb/zcfbghwb/201702/t20170204_837204.html.

[2] Joint Research Centre.2015 JRC Geothermal Energy Status Report[R/OL].(2016-02-25)[2016-09-20].https：//setis.ec.europa.eu/sites/default/files/reports/2015_jrc_geothermal_energy_status_report.pdf.

[3] Global Energy Network Institute.Geothermal Energy in Europe[R/OL].(2016-06-30)[2017-02-27].http：//www.geni.org/globalenergy/library/renewable-energy-resources/world/europe/geo-europe/indexbig.shtml.

[4] European Geothermal Energy Council.EGEC Geothermal Market Report 2015[R/OL].(2016-04)[2017-02-09].http：//egec.info/wp-content/uploads/2015/03/EGEC-market-report-preview-version.pdf.

[5] Massachusetts Institute of Technology.The future of geothermal energy：Impact of enhanced geothermal systems (EGS) on the United States in the 21st century[R].Boston，USA：Massachusetts Institute of Technology，2006.

[6] Joint Research Centre.2014 JRC Geothermal Energy Status Report[R/OL].(2015-02-23)[2016-09-20].http：//publications.jrc.ec.europa.eu/repository/handle/JRC93338.

[7] 汪集暘，龚宇烈，陆振能，等.从欧洲地热发展看我国地热开发利用问题[J].新能源进展，2013，1(1)：1-6.

[8] Gudmundsson J S.Direct uses of geothermal energy in 1984[J].GRC Bulletin，1985，15：3-13.

[9] Blanco JM，Malpartida JG，Rojí E.Recent Patents On Geothermal Power Extraction Devices[J].Recent Patents on Engineering，2013，7(1)：2-24.

[10] European Geothermal Energy Council.EGEC Market Report 2013/2014 Update[R/OL].(2014-12)[2016-09-20].http：//egec.info/wp-content/uploads/2011/03/EGEC-Market-Report-Update-ONLINE.pdf.

[11] European Commission.2013 Technology Map of the European Strategic Energy Technology Plan[R/OL].(2014-05)[2016-11-20].http：//publications.jrc.ec.europa.eu/repository/bitstream/JRC86357/jrc13_tmap_08ap14_ns-print.pdf.

[12] European Technology Platform on Renewable Heating and Cooling Geothermal Technology Roadmap[R/OL].(2014-03)[2016-11-20].http：//www.rhc-platform.org/fileadmin/Publications/Geothermal_Roadmap-WEB.pdf.

[13] European Commission.SET-Plan Update-Geothermal Energy[R/OL].(2015-05)[2016-11-20].https：//setis.ec.europa.eu/setis-reports/setis-magazine/geothermal-energy/set-plan-update-geothermal-energy.

[14] 刘金侠，谷雪曦，李欣，等.我国地热能开发利用现状、问题与展望[J].建设科技，2015(8)：27-30.

[15] 刘金侠，王燕霞.推进我国地热能利用大发展[J].中国石化，2012(12)：30-31.

[16] 地源热泵网.中国地源热泵产业联盟正式成立[EB/OL].(2016-09-23)[2017-02-08].http：//www.dyrbw.com/news/show.php?itemid=70803.

Current status and enlightenments of geothermal development in Europe

ZHENG Renrui，ZHOU Ping，TANG Jinrong

(Development and Research Center，China Geological Survey，Beijing 100037，China)

With the rapid development of geothermal utilization，Europe is playing an important role in global geothermal markets.As government will promote the geothermal energy exploitation and utilization in China，the experiences of the geothermal utilization in Europe have a high reference value for us.In this paper，the current status of the geothermal market and major geothermal energy technologies in Europe are presented，and the actions taken to promote geothermal energy in the EU is also analyzed.In view of the status and existing problems of the geothermal utilization in China，some suggestions are proposed to promote the development of the geothermal energy from different aspects，such as geothermal resource exploration，policy support and industrial alliance.

Europe；geothermal power；direct use；ground source heat pumps；engineered geothermal systems

2016-12-18

中国地质调查局地质调查工作项目资助(编号：DD20160087)

郑人瑞(1988-)，男，河南三门峡人，硕士，助理研究员，主要从事地质科技情报、矿产经济方面的研究，E-mail：zrenrui@163.com。

TK52

A

1004-4051(2017)05-0013-07