“地球充电/热宝”——一种地热开发利用的新途径

汪集旸

（中国科学院地质与地球物理研究所，北京100029）

所谓“地球充电/热宝”（earth charger），是指以地球介质为载体的“地热+”多能互补储/供能系统。该系统可将各种形式的能量储存于地下并按需求取出加以利用，是地热开发利用的一条新途径。地球是一个庞大的热库，但地热资源分布极不均匀，往往在有需求的地方没有足够的资源，在没有需求的地方资源又很丰富，存在供需矛盾问题。另外，中国西北、东北、华北地区弃风、弃光现象十分严重，有些地区高达50%以上。据报道，2017年弃光、弃风的能量约为三峡水库全年的发电量。如何将这些废弃的能量储存起来并加以充分利用，是摆在地热界以至整个新能源和可再生能源界的大问题。

目前，国际上已经开始注意这一问题并提出“地球电池”（earth battery）的概念。但这个概念不够全面，因为地球不是一个只能取用、不能储存的“电池”，而是一个可反复充电、用电的“电池”。因此，将它取名为“地球充电/热宝”更为贴切，也更为通俗易懂。

与传统的储能技术相比，“地球充电/热宝”至少具有以下优点。第一，规模大。一般水箱储热的容量均小于105m3，而“地球充电/热宝”利用地下含水层储热的容量可大于106m3。第二，应用广。“地球充电/热宝”不仅可以利用弃风、弃光剩余下来的能量，也可将城市中的废热、余热集中起来加以储存和利用。第三，跨季节。在中国诸如长三角等冬冷夏热的地区，可将夏季酷暑难熬时的多余热量存储于地下含水层中，供冬季严寒时取出来加以利用。第四，成本低。据初步估算，前述水箱储热的成本为40～100元/kWh，若用“地球充电/热宝”储热，则成本大幅度降低，可降至0.1～20元/kWh。

结合当前中国的实际情况来看，北方地区清洁供暖是摆在全国地热工作者面前的一个大问题。无论是北京城市副中心、雄安新区，还是京津冀和张家口冬奥会地区，地球充电/热宝都大有用武之地。举例来说，雄安新区所在的雄县地区，自2004年大规模开采深部震旦系雾迷山组大型岩溶热储的地下热水进行全县供暖以来，水位从2004年的地下42 m急速下降至2012年的地下81 m，8年间下降了39 m，平均每年下降近5 m。可以想象，这部分采出的地下热水空间若加以回灌补充，可储存巨大的热水体积，从而增加雄安地区的地热资源潜力。另外，张家口冬奥会所在地，经测算，单靠风力、太阳能光伏发电难以支撑冬奥会期间整个地区的高用能需求，为此，建议开发利用该地区的地热资源，将冬奥会真正办成一届高水平的绿色高科技盛会。

最后，应重视“地热+”的思维及应用。应该将地热这一地球本土（indigenous）的未来能源（future energy）和来自太阳系的其他新能源及可再生能源（诸如太阳能、风能、生物质能、海洋能等）结合起来一并加以开发利用，真正做到“多能互补、一能多用”，在实际工作中发挥更大的作用。为方便叙述，可将“地热+”的内涵概括为：天（太阳能）地（地热能）合一、动（风能、海洋能、生物质能）静（地热能）结合。实际上，目前建筑行业大力推广的所谓“近零能耗”建筑和供暖行业中的“区域能源网（站）”等也都是“地热+”概念的延伸或应用。

—— 摘自《科技导报》2018年第24期