深层地热能将成为主要可再生能源之一

整理撰稿人：中科院国家科学图书馆武汉分馆先进能源科技团队李桂菊（E-mail:ligj@mail.whlib.ac.cn）、张军、陈伟

审稿专家：中科院地质与地球物理所庞忠和研究员

深层地热能将成为主要可再生能源之一

整理撰稿人：中科院国家科学图书馆武汉分馆先进能源科技团队李桂菊（E-mail:ligj@mail.whlib.ac.cn）、张军、陈伟

审稿专家：中科院地质与地球物理所庞忠和研究员

地热能是蕴藏在地球内部的巨大自然能源。地热能是一种清洁的能源，其开发前景十分广阔，已成为21世纪能源发展中不可忽视的可再生能源之一。

1 主要科技内涵及意义

地热能包括浅层地热能和深层地热能。浅层地热能是指地球浅表层数百米内的土壤砂石和地下水中蕴藏的低温热能[1]，在当前技术经济条件下可以得到充分的开发和利用；而深层地热是指地球深层数千米、温度更高的深层地热能或干热岩资源。在干热岩开采技术基础上提出的增强型地热系统（EGS）近年来成为地热领域的研究重点。EGS是指通过注入井注入水或其他工质流体（比如CO2等）进行地下循环，通过人工产生的连通裂隙带，水与岩体接触被加热，然后通过生产井返回地面，形成一个闭式回路。EGS是以工程措施建造地热储层，从低渗透性岩体中经济地采出相当数量的深层热能的人工地热系统[2]。

深层地热能具有稳定、连续、利用效率高等优势，以开采和利用地下低渗透性结晶质干热岩中的热能为目标的EGS技术已成为许多国家新能源发展的重点方向。目前EGS还处于示范阶段，未来10年是增强型地热系统发展的关键期。国际能源署（IEA）地热路线图报告建议各国政府提供持续充足的研发与示范资源，以在未来10年规划和开发至少50个EGS中试厂。到2020年前后，能够在EGS工程设计和开发方面取得重大突破，实现干热岩地热能的示范应用。充分开发利用地热资源，部分替代煤、石油等化石能源，既可减轻环境污染，又能缓解煤、电等资源紧张局面。

2 当前世界进展

深层地热资源是绿色可再生能源，在未来能源供应与CO2减排上具有巨大潜力，受到世界各国高度重视。近几年，国际上对开发EGS的呼声日益高涨，不仅投入巨资开展研究，美、德、法、澳、日等国还建设了一批试验性EGS系统。

根据美国地质调查局的估计，美国可供开发的增强型地热资源潜力在100—500 GW之间。美国能源部在地热能领域的财政预算也在逐年增加。2013年4月，美国首个商业化增强型地热系统项目Desert Peak实现并网发电，将之前的Desert Peak地热发电厂装机容量增加了1.7MW。能源部支持的EGS项目还有加利福尼亚州Middletown的Calpine示范项目及俄勒冈州Newberry Volcano附近的AltaRock示范项目[3]。美国在利用CO2作为工质流体，以及太阳能和地热联合发电等领域也开展示范项目[4]。

澳大利亚是开展EGS研究最积极的国家之一。澳大利亚政府对地热技术给予政策优惠，成立了全国地热能源组织和多个股份制地热公司，在全国重点地区开展用EGS技术开发深层地热资源的现场试验。澳大利亚地球动力学公司正在位于库帕盆地的世界最大的EGS项目开展试验开发工作。该公司于2013年5月宣布其1MWe的Habanero示范厂成功实现EGS发电。澳大利亚十分重视CO2-EGS研发，在昆士兰大学投资1 830万澳元成立了地热能中心，重点进行相关研发工作。

德国、法国、英国、瑞士等国家在20世纪七八十年代相继开展EGS研究工作，有代表性的是位于德法边界的苏茨项目，该项目已积累了完整的EGS开发经验，成为欧洲EGS示范项目和培训基地。欧盟第六框架（2002—2006）资助了10个EGS项目，欧盟第七框架计划（FP7）、欧盟战略能源技术行动计划（SET-Plan）和欧洲地热能源工业协会开展地热能源关键技术的研发创新的联合资助。

日本和欧美几乎同步开展了EGS研发工作。如1974年启动的阳光项目和1993年的新阳光计划开展了深部地热资源调查、勘探和水热动力学研究工作。近年来，日本政府加大了对EGS的支持力度，如开展全面的地热调查、勘探工作，资助或补贴地热研发和试验研究活动。

土耳其、肯尼亚和印度尼西亚等国家也是主要的地热资源开发利用国家[5]。但是，在发展中国家和新兴经济体中，由于可利用的技术、经济等条件有限，地热资源尚未得到大规模的开发利用。

3 中国的优势

我国地热利用以中低温地热（＜150℃）开发和直接利用为主，热能利用总量持续20年世界第一。但是，地热发电发展滞后，目前居世界第18位。基本不具备EGS经验。我国在地热发电及EGS领域的前期投入不足，干热岩勘探、开发示范工程尚未开展，尚未形成国家层面的干热岩技术研发基地和装备条件。在利用二氧化碳作为工质流体的地热利用领域也处于基础研究阶段。

目前，中科院、高等院校、国土资源部们等纷纷展开相关研究，工作主要集中在地热资源勘探与评价、EGS流体与储热岩层的相互作用、换热机理及能量转换机理与技术等方面。中科院是地热资源勘查评价、地热能利用技术的相关研究与开发的单位，率先完成了全国干热岩基础资源评价，并且在EGS技术方面开展了基础研究。总之，中科院在深层地热能开发利用研发上具有综合优势。

4 未来标志性目标或成果

地热是第三大可再生能源资源，目前占全球一次能源供应总量的比例为0.5%，占可再生能源供应的比例为3.9%。在资源禀赋良好地区，地热发电的成本非常具有竞争力。根据美国地热能源协会（GEA）统计[6]，全球已并网的地热发电装机容量约11 224 MW。2010年全球地热能发电量是太阳能的2倍。

根据IEA地热路线图报告[7]，2011—2050年期间，地热能供热和发电量至少有潜力增加10倍。如果通过一系列行动来鼓励开发未被利用的地热资源和发展新技术，到2050年地热能在全球电力生产和供热中将分别占到3.5%和3.9%（不包括地源热泵），而目前的水平约为0.3%和0.2%。

1张越，孙洁，孙静.河南省浅层地热能的开发利用.河南科技，2011（5）:73.

2创新2050：科学技术与中国的未来.中国至2050年能源科技发展路线图.北京：科学出版社，2009.

3 http://energy.gov/articles/nevada-deploys-first-uscommercialgrid-connected-enhanced-geothermal-system.

4 http://newscenter.lbl.gov/feature-stories/2011/08/08/ geothermal-co2/.

5 IEA.Tracking Clean Energy Progress.http://www.iea.org/ publications/freepublications/publication/Tracking_ Clean_Energy_Progress.pdf.

6 http://www.geo-energy.org/pdf/reports/.2012.GEA_ International_Overview.pdf.

7 International EnergyAgency.2011.http://www.iea.org/ papers/2011/Geothermal_Roadmap.pdf.