我国地热产业发展机遇、挑战及对策分析

罗佐县，梁海军，许 萍，刘红光，宫 昊

（1.中国石油化工集团公司经济技术研究院，北京 100029；2.中国石油化工集团公司办公厅，北京 100728；3.中国工程院战略咨询中心，北京 100088）

地热是清洁可再生能源，具有储量大、供应稳定以及利用效率高、用途多元的特点。近几年在能源革命战略推动之下，我国的地热产业发展步伐逐步加快，地热产业化的成就在各领域的应用日益广泛，发展潜力逐渐得以发掘，地热在个别地区的开发利用模式一度受到国内外广泛关注。虽然地热产业化有一定程度的进展，但地热在一次能源消费中占比还比较低，依然还处于起步阶段，发展过程中还存在一定的问题。

1 近年地热产业发展回顾

近年我国能源结构调整力度加大，地热获得了不少发展机会。为促进地热产业健康、快速发展，国家和地方层面出台了一系列政策对其予以支持和引导。从产业运行情况看，地热产业取得了一定的进展，主要表现在资源勘查和产业规模两方面。

1.1 地热资源勘查力度进一步加大

近5年国土资源部、中国地质调查局先后组织了60多家单位3000多名技术人员对全国地热资源开展了系统评价。完成了全国336个地级以上城市的浅层地热能、全国31个省（市、自治区）水热型资源调查。同时启动了干热岩资源潜力评价。通过调查基本摸清了中国地热资源总量，查明了中国地热资源的赋存条件及分布特征。评价结果显示：全国地热资源具有很好的开发利用潜能，年可开采量折合标煤26亿吨。其中，中低温水热资源年可开采量折合标煤18.65亿吨，主要分布在华北、苏北、松辽、江汉等大中型盆地；高温水热型资源主要分布在西藏自治区、云南、四川和中国台湾省[1]。

浅层地热能开发潜力巨大。全国336个地级以上城市浅层地热能资源每年可开采量折合标煤7亿吨，可用于建筑物供暖和制冷。336个地级城市80%以上的土地面积适宜利用浅层地热能，可实现建筑物夏季制冷面积326亿平方米，冬季供暖面积323亿平方米。全国适宜开发浅层地热能的地区主要分布在中东部，包括北京、天津、河北、山东、河南、辽宁、上海、湖北、湖南、江苏、浙江、江西、安徽等13个省（市）。此外，干热岩开发潜力巨大，中国干热岩资源总量初步评估折合标煤达856万亿吨。若按照国际通用规则，开发利用其总量的2%，规模亦达17万亿吨标煤，相当于当前我国年能源消费总量的数千倍[2]。

1.2 地热开发利用规模不断扩大

伴随着资源勘查的进展，我国地热开发利用力度也在逐年加大。统计数据显示，我国地热资源利用量连续多年位居全球之首[3]。数据显示2014年我国地热资源直接利用量达到48435 GW，是美国地热直接利用量的2倍多[4]。在地热直接利用构成中，用于供热和制冷的地源热泵利用方式占58%，水热型地热供暖占19%，温泉洗浴占18%。2014年，我国水热型地热供暖比例首次超过温泉洗浴，这一改变一定程度上反映出我国地热资源能源化利用步伐正在加快。2014年我国地热利用结构见图1。

图12014 年我国地热利用结构

浅层地热利用方面，截至2014年底全国浅层地热能供暖制冷面积达3.92亿平方米。地源热泵机组总装机容量达11.78GWt，这样的开发利用年增长率远远高于世界上其他国家的增长速度。目前，全国除港、澳、台地区外，31个省、自治区、直辖市均有开发浅层地热能的地源热泵系统工程项目在运营，应用浅层地热能资源进行供暖和制冷的地源热泵项目在中国已经超过7000个，这些项目多集中在华北和东北地区，其建筑物类型主要集中在办公楼、宾馆、医院、商场、学校和住宅等。近年来，长江及珠江流域附近城市地源热泵，特别是江水源热泵发展迅速。中深层地热利用方面，由于集中供暖技术相对成熟，近年来中深层地热供暖的开发利用在规模、深度和广度上都均有很大发展。数据显示，截至2014年底，中国中深层的地热供暖面积已达到1亿平方米。其中地热大省河北省中深层供暖面积“十二五”末达到2600万平方米，位居全国第一；天津的地热供暖面积也已超过2100万平方米。2015年我国浅层、中深层地热供热面积见表1。

2 地热进一步开发利用面临的机遇和挑战

《能源生产与消费革命战略（2016–2030）》提出，到2030年非化石能源在一次能源消费中占比将达到20%，到2050年占比达到50%。非化石能源发展力度空前加大，为地热的发展带来机会[5]。国土资源部2016年印发《国土资源“十三五”科技创新发展规划》提出，“十三五”期间我国将向地球深部进军，全面实施深地探测、深海探测、深空对地观测战略，争取2030年成为地球深部探测领域的“领跑者”，届时地热能利用在一次总能源消费中占比达到3%[6]。在此宏大目标推动之下，有关地热开发利用的模式、政策、发展等软硬环境势必将发生积极变化，为地热资源的深度开发利用带来更多有利机会。在正视发展机会的同时，也要清醒认识到目前地热发展面临的一些问题和挑战，从机遇和挑战两方面系统把握地热产业的发展环境。

2.1 发展机遇

2.1.1 全国供热需求增长，供热格局改变加快地热开发进程

2000年以来，我国传统供暖线以南地区极端天气频发，给民众生活带来严重影响。鉴于此，传统冬季供暖线南移的呼声日益高涨。与此同时，传统的供暖区由于雾霾频发，冬季供暖期间散煤替代力度在进一步加大。目前，散煤替代的途径主要是煤改电和煤改气。就落实情况看，由于气源及基础设施不足的限制，天然气大面积替代散煤难度比较大，而煤改电面临成本高，投入大的窘境。煤改电、煤改气实施过程中遇到困难迫切需要开辟新的供暖方式。在此形势下，煤改地热成为新形势下发展潜力较大的供热方式之一。就全国供热情况看，地热供热已经取得一定程度的进展。综合考虑目前地热资源可获得性、开发利用技术等多种因素，预计近中期浅层、中深层地热开发利用空间会逐渐增大。

表12015 年我国浅层、中深层地热供热面积 万平方米

2.1.2 华北等部分地区地热资源与雾霾重灾区重合为地热局部大开发提供了条件

近几年北方地区经常出现严重雾霾天气，治理大气污染成为经济社会发展的重中之重。地处华北的京津冀地区是雾霾高发区，恰好也是地热资源富集区，利用地热抗霾具备天然优势。京津冀地区构造上位于渤海湾盆地中部的冀中坳陷与沧县隆起，独特的构造演化特征成就了京津冀地区丰富的地热资源。北京有10个地热田、天津有8个地热田、河北省有30个地热田，这些地热田在平面上连片分布，为规模化开发奠定了资源基础。《支撑服务京津冀协同发展地质调查报告（2015）》显示，京津冀地区每年可开发利用的地热热量折合标准煤3.43亿吨，其中浅层每年可开采热量折合标准煤9200万吨；水热型年可开发量折合2.5亿吨标煤。因此，在国家大气污染防治力度加大、京津冀地区雾霾治理首当其中形势之下，地热开发利用应该大有用武之地[7]。

2.1.3 分布式能源发展将为地热开发利用提供舞台

相对于传统的集中供能，分布式能源是一种分散式供能方式。分布式能源建立在用户负荷中心附近，具有能源综合利用功能。2014年国务院《政府工作报告》中提出大力推广分布式能源，2015年国务院又相继发布了《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》和《关于加快推进生态文明建设的意见》等一系列政策，鼓励因地制宜地投资建设各类分布式能源。随着能源革命战略持续深入推进，分布式能源发展步伐将逐渐加大，为包括地热发电在内的可再生能源开发利用提供更为广阔的发展空间。目前，地热发电在我国尚处于起步阶段，尽管羊八井地热电站已经运营多年，但整体机组装机容量小，仅有27 MW，与美国等地热相对发达国家存在较大差距。未来地热发电可能面临的一个最大问题是单个项目地热发电装机容量相对较小，与煤电等发电机组装机容量有较大差距。按照目前的电力供应模式，不考虑分布式能源发展的条件下，地热发电上网并无规模优势。一旦分布式能源发展起来，地热发电便会有用武之地。分布式能源的特点是小规模装机容量就可能满足需求。地热发电虽然规模小，但资源供应稳定，不受季节、气候变化影响。这些特征决定了地热发电与分布式能源的发展具有高度的契合性。

2.1.4 政策密集出台为地热发展提供制度保障

2017年是地热政策和规划文件的密集出台期,政策对地热发展的导向功能日益显现。年初之际，期盼已久的《地热能开发利用“十三五”规划》出台，给出了2020年之前全国地热供热及发电目标、实施路径与重点工程部署方案，堪称地热发展的新里程碑[8]。国家层面的《规划》出台之后，一些地方积极跟进，通过相关能源规划就地热的发展做出安排。如上海市人民政府2017年3月印发《上海市能源发展“十三五”规划》提出，“十三五”期间力争新增地热能利用面积500万平方米。河北省住房和城乡建设厅印发《河北省城镇供热“十三五”规划》，力争到2020年，地热能供热能力累积达到1.3亿平方米，替代标煤337万吨，减排二氧化碳800万吨。此外，山西、安徽、四川、贵州等省也出台了相关规划或发展指导意见文件，给出地热能开发利用目标。2017年冬季来临之后，随着煤改气引发的气荒的出现，发展包括地热在内的可再生能源供热的呼声再次高涨。年末发改委还专门出台了针对地热的《关于加快浅层地热能开发利用促进北方采暖地区燃煤减量替代的通知》。2017年末国家发改委印发《全国碳排放权交易市场建设方案（发电行业）》，正式启动了碳排放权交易市场的建设进程，对地热发电利好[9]。

2.2 面临的挑战

2.2.1 地热勘查程度总体比较低，工作比较粗放，各地开发利用路线不明晰

地下的热能来源、热交换、热恢复是一个非常复杂的过程，目前国内对于地下热资源的研究仍不透彻、不全面，实际开发利用面临许多问题，地热开发利用有一定难度。就资源勘探环节而言，我国地热勘察程度整体仍然处于较低水平，地热资源勘查评价、钻井技术和设备制造等方面仍有提升的空间。行业大发展需要培养、引进更多的技术人才。目前，国家层面地热能开发利用规划出台，对未来发展进行了顶层设计，但是具体到实施环节还需要做大量工作，特别是各省关于地热开发利用的规划、数据采集与管理、矿权管理等还存在许多问题，地方层面科学合理的技术路线以及详实的勘查方案还比较缺乏。

2.2.2 投资面临高成本以及低收益率，关键技术有待进一步突破

由于发展处于起步阶段，地热产业发展的成熟环境不具备，造成地热项目投资大，成本高等现象，对进一步的投资形成制约。目前，地热资源的开发利用投资费用高而回报周期长。与此同时，地热开发利用过程中还存在一些重大技术难题，如地热开发利用过程中的热平衡问题还没有系统的解决方案，地热水的回灌还有一定的难度，中低温地热发电还没有突破，现有干热岩勘查以及开发利用技术还远不足以支撑发电商业化运行。这些因素的存在一定程度上导致地热能行业技术门槛较高，投资大。创新是驱动地热产业持续发展的根本动力。只有不断提升技术水平，地热能企业才能散发出持续的生命力。未来若要大力推进地热产业发展，需要将关键技术研发作为发展重点[10]。

2.2.3 地热管理体制机制还需要进一步理顺

20世纪80年代后期以来，国家在地热开发利用方面基本上没有投入，相关的地热资源勘查与评价工作也停滞下来，导致地热资源开发利用基础较为薄弱。由于产业化程度低，相应的管理没有跟进，现有的管理模式已不能适应地热大发展的需要。比如现有的对地热资源、能源属性的界定以及相应的管理执行力度就有所欠缺，导致实际工作中各地方管理部门对地热的管理方法较为多元，针对地热的管理问题管理部门经常产生分歧。一些地区对地热出台了一些鼓励措施，但是经常出现落实不到位等问题。由于缺少规范的管理，一些地区在矿权管理方面比较随意，出问题后往往采取补救措施导致工作被动。如某地在地热开发方面直接发放企业采矿权，新矿业权制度出台后要求企业补充申请探矿权的相关手续。由于责任主体与监管主体的工作没有到位，对已开发地区的资源可再生和环境造成损害的事情时有发生。部分地区出现过地热供热不可持续的问题，地热水泄漏污染地下水事件，造成不良影响。

2.2.4 地热专业人才较为匮乏

地热作为新兴产业，要进入发展的快车道，需要有高素质的人才作支撑。特别是在大数据、互联网以及人工智能技术快速发展的今天，地热开发利用的技术研发与应用一定要依靠优秀的人才队伍方有可能走在产业化前列。通过调研发现，目前地热产业运行进程中一些失败项目完全可以通过配备素质过硬的专业技术管理人才予以避免。一些企业也呼吁高等院校、科研院所、职业教育机构以及各类培训机构多为社会培养地热理论研究和专业操作型等多元人才，以克服地热发展面临的人才短缺瓶颈。

3 地热发展目标与路线图

3.1 能源贡献目标

按照国家深地探测计划，到2030年地热在一次能源消费中占比将达到3%。按照《国家能源生产与消费革命战略（2016–2030）》规划目标，到2030年我国一次能源消费总量将控制在60亿吨以内。按60亿吨计算，到2030年地热的能源贡献将达到1.8亿吨标煤，相当于1400亿立方米天然气。

我国地热能开发利用“十三五”规划提出，到2020年我国地热能利用量达到7000万吨标准煤，与2015年相比有2.5倍增长空间，其中京津冀地区地热能年利用量达到约2000万吨标准煤，占全国总量的28.6%。初步估算“十三五”期间的地热开发将拉动投资超过2000亿元。

3.2 地热发展路线图

具体到地热发展路线，应综合考虑市场需求、资源条件、技术应用水平以及政策4个方面因素，从时间、空间2个维度展开。

从时间维度看，地热产业发展需要处理好近期与远期的布局关系，明确不同时期的发展重点，有序推进。目前，国内浅层和水热型地热能供暖（制冷）技术已基本成熟，但地热发电发展相对滞后，干热岩发电系统还处于研发阶段。近中期主要考虑供热布局问题，待技术成熟时，中远期考虑地热发电，包括干热岩发电。地热产业发展，从时间顺序上表现为先热后电。

从空间维度看，应该实现浅层与中深层地热布局的齐头并进，这将是近中期地热资源开发利用的关键环节。中深层资源的利用条件较为严格苛刻，资源开发受资源地域分布的严格限制，而浅层地热则不然，分布较为广泛，可以大面积推广。在中深层地热资源与市场匹配度较高的地区，可以考虑优先开发利用中深层地热资源并与浅层资源开发利用相结合，如京津冀地区。在中深层资源条件不具备的地区可考虑浅层地热的开发利用，大力推广土壤源、水源热泵工程项目。住房城乡建设部、国家发展改革委、财政部、国家能源局等四部委2017年发布的《关于推进北方采暖地区城镇清洁供暖的指导意见》明确提出推广工业余热利用和城市污水余热供热的浅层地热开发利用思路，余热将成为未来地热利用推广的重要领域之一。考虑到资源禀赋因素，未来要发展地热产业并促其上台阶上规模，实现地热供暖大面积普及和推广，浅层资源开发扮演着非常重要的角色。地热发展路线见图2。

无论是时间维度还是空间维度的布局，均可考虑“点面结合”的发展思路。具体含义是选择并发挥好重点工程的引领功能。如在我国大力倡导绿色发展理念，积极推动能源生产和消费革命的背景下，未来几年地热能将迎来发展的“黄金期”，产业规模会继续扩大，开发重点之一是京津冀地区，特别是雄安新区的地热项目应作为示范工程来发展。与此同时，干热岩开发利用要选择好示范工程。值得指出的是，干热岩开发利用近期在我国青海共和盆地取得重大进展。应以此进展为突破口，在夯实资源基础的同时，有计划地开展干热岩发电示范工程的各项准备工作，以积累发展经验，待条件成熟时再大范围推广。我国干热岩勘查进展见表2。

图2 地热发展路线

表2 我国干热岩勘查进展

4 地热产业发展对策与建议

纵观全球地热产业的发展历程可以发现，地热产业具有鲜明的政府主导与政策引领特点。目前，我国所取得的地热成就也与政府扶持密切相关。未来地热产业发展要上新台阶，仍需加大对地热行业的政策扶持力度。近期的发展重点是理顺地热管理体制与机制，为地热大发展营造良好的制度环境。

4.1 建议地方出台地热发展规划，制定好发展路线，明确重大重点工程，与国家层面的地热发展规划相呼应

宏观导向方面，全国地热十三五发展规划已经出台，北京、河北也已经率先出台本省市的地热发展的十三五规划。建议各地在国家规划的基础上继续出台本地区地热发展十三五规划，明确发展目标和技术路线，形成国家与地方两级地热发展规划体系。并以国家和地方规划为基础出台相关扶持政策，结合发展路线图，近中期应重点研究制定地热能供暖投资支持政策和地热发电上网电价政策，并考虑把地热能源替代化石能源所减少的污染物和碳排放，纳入到污染物和碳排放交易体系中。技术方面，将通过政策引导重点扶持地热发电的技术攻关，特别是干热岩开发试验工作。

4.2 加大技术研发力度，为解决好重大关键问题打好基础

地热资源开发利用技术是一门多学科的综合技术，涉及资源勘查与评价、钻井成井工艺、尾水回灌、梯级利用、高效运营、保温与换热、防腐防垢、热泵和发电等技术。技术难度较大。尽管在过去几年的快速发展进程中，国内地热界在地热开发利用技术方面取得了一定程度进展，但依然有不少技术难题需要攻克。当前地热资源开发利用无论是浅层、中深层还是干热岩资源开发利用均面临重大技术挑战。如浅层资源供热和制冷过程中遇到的热平衡和冷堆积问题，中深层资源的地热水回灌问题以及干热岩开发的靶区定位、人工压裂以及微地震技术等。对这些影响地热深度开发利用的重大关键技术，需要依据地热发展路线制定相应的技术发展路线图，明确节点目标，制定好促进措施。

4.3 以资源属性重新界定为切入点，对相关部门管理职能重新划分，并以此为契机推进相关体制机制改革

实践中遇到的一个涉及管理体制和运行机制的突出问题是水务管理部门和矿产资源管理部门关于地热管理的职能交叉。地热资源属于矿产资源，应由矿产资源法调整，地下水资源受水法调整已是共识，但在实践中存在一些问题。矿产和水务部门对地热的多头管理影响地热开发进程，如要求地热开发企业办理采矿许可证和取水许可证就是其中之一。20世纪90年代国务院法制局《国务院法制局关于勘查、开采矿泉水地下热水行政管理适用法律有关问题和复函》指出地热具有水资源和矿产资源的双重属性，地热开发适用于《中华人民共和国矿产资源法》《中华人民共和国矿产资源法实施细则》和《矿产资源补偿费征收管理规定》。明确对于依法取得矿泉水或者地下热水采矿许可证的，不再办理取水许可证。但当年中编办印发的《关于矿泉水地热水管理职责分工问题的通知》认定地热具有水资源和矿产资源的双重属性，要求地热开发办双证（即取水许可证、采矿许可证）。政出多门导致地热管理较为混乱，如今各地的管理也是千差万别，非常不利于地热大发展。就发展趋势看，地热开发应该建立主管和协管的机制，矿产资源管理部门主管，水务管理部门协管，取消多头收费，减轻企业负担。

4.4 建立融资保障机制，加大地热产业发展政策扶持力度

地热产业发展处于起步阶段，需要技术创新和突破，需要政策扶持，也需要资金投入。因此，应建立起科学的融资保障机制，鼓励多元主体参与。地热规划和业界实践中的PPP模式应予以大力推广。此外，需出台政策对地热开发利用企业在信贷、补贴、税收减免方面予以扶持。目前一些地方已经出台了针对浅层地热利用的投资补贴，但存在执行不到位情况，需要加大落实和实施力度；对于中深层地热供暖业务的拓展，可以借鉴示范项目的成功经验（如河北雄县地热供暖），依靠政策予以大力推进；借鉴风光电上网电价政策，制定地热发电上网电价；加大分布式能源发展力度的同时，将地热发电项目与分布式能源的发展有机契合。

4.5 加大地热产业人才培养力度

人才队伍的形成是地热发展的决定性因素。目前，参与地热产业的各类经济主体中，除相关管理机构外，相关行业协会和科研机构也逐渐涌现。如2012年天津大学成立了中低温热能高效利用教育部重点实验室，实验室结合国家发展节能环保、新能源等新兴产业的重大需求，瞄准以地热能、太阳能及工业余热为主的中低温热能的科学前沿，研究中低温热能高效利用过程中的科学问题。部分高校计划开设地热专业研究生教育等。目前，地热产业发展过程中暴露的很多问题与人才的缺乏有很大关系。应该建立科学有效的地热专业人才形成机制，借助科研院所、行业联盟等机构的力量，加大对地热专业的人才培养力度，多渠道为地热产业发展输送多层次人才，促进地热产业可持续发展。