我国地热能开发利用现状及双碳背景下的发展趋势

贾艳雨，，常青，王俞文，姚培元，于克凡

（1.中石化新星（北京）新能源研究院有限公司郑州分公司，河南郑州 450000；2.中石化新星河南新能源开发有限公司，河南郑州 450000；3.中国石化销售股份有限公司上海石油分公司，上海 200020；4.中国石化销售股份有限公司湖南石油分公司，湖南长沙 410000）

地热资源是绿色、可再生清洁能源的典型代表，其储量大、分布广、稳定性好、利用系数高的特点，使其在现今可利用的清洁能源中具有相当强的竞争力[1]。近几年，地热作为清洁能源的重要类型受到越来越多的重视，“十二五”“十三五”期间地热在资源勘查、开发利用等多个方面取得了有序进展，在我国能源转型发展中起到了积极作用。

1 我国地热资源概况

根据地质构造特征、热流传输方式、温度范围以及开发利用方式等差异，可将地热能分为浅层地热能、水热型地热能（地下热水）和干热岩三种类型。浅层地热能的分布遍及全国，大陆地区浅部地下都分布着浅层地热能资源；水热型高温地热资源主要分布在藏南、滇西、川西和台湾等地区；其他地区以中低温地热资源为主。

中国大陆的浅部地下都分布着浅层地热能资源，其成因与赋存状况主要受浅层地温场与基岩埋深的影响。浅层地温场与大地热流、年平均气温有关，不同区域有所差异，但200 m以浅的地层温度多低于25℃；基岩的埋深决定浅层地热能开发利用的难度，广大平原区域沉积的第四系松散岩层，易于钻进，且一般具有一定的富水性，相对浅埋藏的基岩更有利于地埋管和水源热泵应用。

受构造、岩浆活动、地层岩性、水文地质条件等多种因素的影响，水热型地热资源分布具有一定的规律性。根据其分布与成因差异，可划分为沉积盆地型和隆起山地型两大类。沉积盆地型地热资源主要分布于松辽盆地、渤海湾盆地、南华北盆地、鄂尔多斯盆地等；隆起山地型地热资源一般规模较小，主要分布于隆起和造山带区域。

干热岩资源根据成因大致可划分为强烈构造活动带型、沉积盆地型、近代火山型和高放射性产热型四种。处于强烈构造活动的青藏高原、近代火山区的腾冲、长白山、五大莲池等区域、发育大型中生代酸性花岗岩体的东南沿海、中新生代盆地的下部，都具有较好的勘探潜力。

中国地质调查局调查结果显示，我国336个主要城市浅层地热能年可采资源量折合7亿吨标煤，中深层地热能年可采资源量折合18.65亿吨标煤。中国大陆埋深3.0~10.0千米深度段内干热岩型地热能资源量折合856万亿吨标煤，其中埋深在5 500米以内的折合106万亿吨标煤[2-3]。

2 我国地热能开发利用现状

2.1 浅层地热能供热（制冷）

中国浅层地热能利用的快速发展主要依托于热泵技术的不断进步。“十三五”期间浅层地热供热（制冷）利用年均增长率15.6%；至2020年底，我国浅层地热能供暖（制冷）建筑面积达8.1亿平方米，见图1。浅层地热能利用已呈规模分布的区域主要集中于东北南部、华北和长江中下游地区，在辽宁、河北、北京等省份供热（制冷）规模超过5 000万平方米。在项目利用方式上，浅层地热能利用主要集中在办公楼、医院、商场、学校等公共建筑，且以冷暖双供为主。“十三五”之前水源热泵系统应用相对广泛；“十三五”期间因浅层地热水取水政策与环保要求，浅层地热能以地埋管利用方式为主。

图1 2015-2020年我国浅层地热能增长情况

2.2 中深层地热供暖

在国家打赢蓝天保卫战、北方清洁供暖的大背景下，中深层地热清洁供暖迅速发展，“十三五”期间年均增长率达10%；至2020年底，中深层地热供暖面积累计达5.82亿平方米。从地热资源利用的类型和特征看，中深层地热供暖主要集中于地热资源条件有利的渤海湾盆地、南华北盆地和汾渭地堑系，以蓟县系、奥陶系岩溶和新近系砂岩三套热储层开发为主；局部地区开发古近系热储，开采温度多介于45~80℃。从行政划分和各省份地热供暖利用规模看，地热供暖面积规模较大的地区主要集中于清洁供暖需求旺盛的河北、河南、山东、山西、陕西、天津等北方省市。其中，河北中深层地热供暖规模最大，面积达1.6亿平方米；河南、山东中深层地热供暖面积均达5 000万平方米以上，见图2。从地热供暖项目的发展来看，地热供暖由分布式的单体供热项目逐步发展至城镇集中供热利用，华北多个地区建成了以地热为主要能源的地热清洁供暖“无烟城”。

图2 北方主要省份中深层地热供暖面积

2.3 地热发电

受地热资源品味、电价等因素的影响，我国的地热发电起步较早，但发展相对缓慢。1970年12月我国第1台地热发电机组在广东丰顺县邓屋发电成功；1977年9月第1台兆瓦高温地热能发电机组在西藏羊八井发电成功；1991年西藏羊八井地热能电站装机成功，装机容量25.18 MW。之后直至“十二 五”期间，我国地热发电总装机容量一直未明显增 长，“十二五”末总装机规模27.28 MW[3]。“十三五”期间，我国地热发电新增装机容量18.08 MW，实现累计装机容量为45.36 MW，见图3。2018年，西藏羊易16 MW地热电站并网发电，成为羊八井地热电站后最大的地热发电单体项目。

图3 我国地热发电装机规模

2.4 温泉洗浴等其他利用

温泉洗浴疗养、温室大棚和水产养殖利用是地热资源最直接的利用方式。我国温泉富含硅、氡、镭、氟、锶等微量元素，利用规模连续多年位居全球第一，几乎遍及全国各省、市、区。具备医疗价值的地热水是最主要的开发对象，2019年我国温泉利用规模折合装机容量达6 608 MW。国内约有20多个省利用地热能进行温室种植和水产养殖，其中温室种植以反季节蔬菜、花卉种植为主；水产养殖主要养殖罗非鱼、对虾等水产品。2019年我国温室种植和水产养殖领地热能开发利用折合装机容量分别为346 MW和482 MW，与2015年相比，分别增长了55.4%和55%。

2.5 干热岩勘查开发利用

相比较美国、德国、法国、日本，我国的干热岩勘查开发利用起步较晚，暂未开展干热岩开发利用。自2012年国家科技部设立863研究计划，开启中国关于干热岩的专项研究后，中国地质调查局、中国石化、各省地质单位开展了大量的勘查工作。2017年，中国地质调查局在青海共和盆地 3 705米深处钻遇236℃高温干热岩体，取得中国干热岩勘查突破[4]，现阶段着重推进发电示范工程建设。

3 “双碳”背景下我国地热能发展趋势

3.1 非地热异常区的地热资源勘查开发将得到更多关注

“十三五”期间，中国地质调查局已完成了全国地热资源的基础调查工作，基本明确了浅层地热能的分布，划定了中深层地热资源异常区。各省地质矿产主管部门也积极投入，在部分区域开展了地热资源详查，并围绕部分地热异常区开展了预可行性乃至可行性勘查工作。以雄安新区为代表的局部地区，通过物探、钻井工作量的投入，地热资源认识基本清晰，以雄县为代表的地热开发区内的资源认识达到储量级。“十四五”期间，随着地热能发展需求的增加，前期勘查划定的地热异常区将会获得更多的勘查投入，资源认识更加清晰。在地热异常区资源逐步被发现和利用的同时，伴随勘查技术、钻井技术的进步，非地热异常区地热资源勘查开发也将受到更多关注，尤其是一些大型沉积盆地和有经济基础的大型城镇区隐伏地热资源的勘查和开发，将不局限在地热异常或者埋藏较浅的区域。按地热增温率计算，在一定深度内都有可能获得所期望的地热资源，尤其是在深部具有强渗透储层分布的条件下，获得优质水热型地热资源的概率更高。更多非地热异常区优质地热资源的勘查发现，也将进一步拓展地热资源的利用思路。

3.2 地热勘查开发利用技术将进一步突破和发展

地热资源的勘查技术涉及地热测量、热源与控热构造分析、地热资源勘探靶区与方向等基础研究以及优选靶区地热资源探测等多个方面。目前我国已建立了地热资源潜力评价、新项目优化评估和选区评价的方法与技术，基本明确了优质地热资源分布及潜力。但同样面临着深层隐伏地热资源发现难、可采地热资源评价精度低、高温钻井工艺不成熟等问题，未来低成本高精度的物探勘查技术、不同类型地热资源动态开采资源量评价方法、高温高效安全快速钻井技术、干热岩勘查评价技术等将是重要的发展方向。

地热利用涉及钻井、完井、地面工程等多个方面，目前我国地热钻井工程相关技术、砂岩防砂和回灌技术、热泵技术、供暖换热利用技术和高温地热发电技术体系已初步建立，基本保证了地热资源的开发利用。但目前还面临着地热能利用效率低、以水为介质利用的方式相对单一、地热能的基础能源优势发挥不足、中低温和干热岩发电储备技术不足等问题，未来地热梯级利用技术、深井单井循环换热技术、地热田高效开发信息化控制技术、“地热＋”多种清洁能源综合利用技术、中低温低成本发电技术、干热岩压裂与监测技术、干热岩发电地面工程配套技术等将是重要的发展方向。

3.3 地热供暖和发电规模将迎来新的增长

浅层和中深层地热供暖规模均将实现进一步快速增长。地热清洁供暖对碳减排和大气污染防治效果十分突出，且地热供暖在无补贴的条件下已具备较煤炭、燃气、电供暖的价格优势。双碳目标的大背景下，清洁供暖需求空间广阔。一是以雄安新区为代表的区域将实施地热供暖，成为华北地热供暖发展最迅速地区，并对其他区域起到带动和示范作用；二是伴随着城市化建设的推进，将新增大量的清洁供暖需求；三是在环境约束条件下的燃煤电厂将可能面临关停或搬迁，电厂余热带动的城市供暖面积急需新的热源替代；四是随着生活水平提高，我国南方夏热冬冷地区供暖制冷需求将大增，大致包括秦岭－淮河以南，南岭以北的广大地区，以湖北、湖南、贵州等省份为主。2021年，国家能源局发布《关于促进地热能开发利用的若干意见（征求意见稿）》，进一步明确了地热供暖的增长目标，2025年地热能供暖（制冷）面积比2020年增加50%；2035年地热能供暖（制冷）面积比2025年翻一番。根据此目标，预测至2025年地热供暖（制冷）面积将达20亿平方米以上，2035年地热供暖（制冷）面积将达40亿平方米以上。

在可再生能源发电高速增长的条件下，地热发电将实现逐步增长。高温地热发电方面，相关技术已基本成熟，但因高温地热资源主要分布于藏南－川西－滇西等地区[5]，区内输配电网基础条件较差，且电力需求较低，导致发展相对缓慢。近年伴随输配电网的不断完善和清洁电力的需求增加，中国三峡集团、中核集团、杭州锦江集团等能源企业陆续布局西藏地热发电项目，高温地热发电在近期有望迎来装机规模的进一步增长。中低温地热发电发展，主要受技术成熟度和经济性的影响，未来随着钻井成本的降低、地面发电机组系统技术的进步和适当补贴政策的推动，中低温地热发电将迎来蓬勃发展。干热岩发电方面，“十四五”期间将实现青海共和盆地干热岩发电的试验；远期伴随更多干热岩资源的勘查突破和技术进步，将可能成为新能源发电的重要增长领域。2020年，财政部办公厅发布《关于加快推进可再生能源发电补贴项目清单审核有关工作的通知》，指出符合我国可再生能源发展相关规划的地热发电项目可分批纳入补贴清单。未来地热发电在补贴政策层面可能迎来更多利好，为地热发电的发展提供更多的经济可行性。

3.4 地热能政策将更重视发展与科学性和环保性的结合

在一些早期开发地热的地区，如北京、天津、西安等地，因未重视回灌工作和开发的科学性，使得部分地区地热水水位已有较明显下降，在一定程度上影响到资源的开发和持续利用。“十三五”期间，地热能迅速发展的同时地热水回灌工作得到加强，“取热不取水”的地热利用技术得到广泛应用，部分省份出台了相关法律与资源税，一定程度上规范了地热利用管理。以河南、河北省为例，《河南省人民代表大会常务委员会关于河南省资源税适用税率等事项的决定》确定了河南省地热开采频率实行从量计征，采灌平衡型地热开发利用，按原矿 1元/m3征收税率；消耗型地热开发利用，按原矿12元/m3征收税率；并建立了河南省地热监测中心，要求地热供暖利用实现采灌均衡；河北省出台《关于加强地热开发利用管理的通知》，要求依法查处不符合地热规划违法开采的地热井，从而解决地热开采的无序无度问题。“十四五”期间，随着地热能开发利用规模、开发利用方式的发展和变化，不同地热能用途开发的合理性将受到更多重视，国家层面、各省市层面对地热能开发利用的监管与监测将更加严格，开发利用的科学性和环保性要求将更高，地热供暖、地热发电将实现完全的采灌均衡或通过井筒换热的方式实现利用，地热温泉疗养等直接利用方式将以地热的热恢复和补给能力确定可利用量。未来将呈现出规划、政策、财税补贴推动和促进地热能开发利用规范化，法律、监督部门严格惩戒和打击不合理、环保执行低标准地热利用项目的局面。

3.5 地热市场参与主体将更加多元化

随着传统化石能源消费日趋饱和，太阳能、风电等可再生能源行业逐渐发展成熟，竞争激烈，地热市场参与者将进一步增加。截止目前，包括中国石化新星石油公司、宝石花地热能开发有限公司等中央企业，中国雄安集团基础建设有限公司、陕西中煤新能源有限公司等地方企业，以及浙江陆特能源科技股份有限公司、山东海利丰地源热泵有限责任公司等大批民营企业进军地热供暖（制冷）、地热发电、“地热＋”综合能源利用领域。中深层地热在地质勘查、钻井、地面工程等方面与油气、煤炭和其他矿产具有一定的相似性，在石油公司和传统地质勘查单位逐步转型的当下，未来势必有更多的油气开发企业、地质勘查企业及新能源公司涌入地热市场，呈现多方参与的格局。

4 结论与建议

我国地热能开发利用虽然取得了重要进展，未来也具有较好的发展前景，但因其地质矿产和能源的双重属性，与太阳能、风电等其他新能源相比，在管理流程、体制机制、财税政策等方面还存在较大差距，需进一步改进和完善。针对上述问题，提出以下建议：

1）加大地热资源勘查力度，尽快明确资源分布与潜力。地热资源受构造、地层、热流等多种因素的影响，在平面和纵向上表现出差异性。现阶段全国地热资源普查工作基本完成，部分区域进入详查阶段。建议进一步加大勘查投入，尽快完成重点区域的地热详查工作，夯实发展基础。

2）理顺管理流程，建立统一的矿权制度，推动产业有序发展。目前地热在《矿产资源法》《水法》《可再生能源法》的管理之下[6]，不同省份地热管理部门、管理办法存在较大差异，管理分散至自然资源、水利、能源等多个部门，一定程度制约了地热产业的发展。建议根据地热的矿产属性，建立统一的探矿权、采矿权管理制度，对地热项目归口单一部门审批与监管。

3）根据不同地热用途，给予差异化的财税政策。目前以山东、河南为代表的省份根据地热的用途和回灌情况已出台相关税收政策，但各省差异较大。建议考虑地热资源丰度、用途、价值、不同利用方式的发展阶段，出台更为合理的差异化补贴、税收等财税政策，在规范开发的同时，从经营角度保护项目参与者的投资热情。

4）加强地热开发利用的监管，规避环境风险。地热项目建设、生产运行中可能出现的环境风险是必须重视的问题，建议围绕不同的地热用途，加快建立地热项目的监测、评价和认证体系，确保科学开发。