陕西省地热资源开发现状及对策

高新民，杨 甫

(1.陕西省煤炭学会，陕西 西安 710001；2.自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室，陕西 西安 710021；3.陕西省煤田地质集团有限公司，陕西 西安 710021)

0 引言

地热资源是人类发现的仅次于太阳能的第二大可再生清洁能源，分为水热型、干热岩型、异常地层压力型和岩浆岩型4类。在目前技术经济条件下，世界各国重点研究和开发的是水热型和干热岩型地热资源。水热型地热资源是浅层地热资源；干热岩型是中深层地热资源，是不含或仅含少量流体的高温岩体，主要由地壳中的各种变质或结晶岩组成[1]。根据地壳结构和成因机理不同划分为高热流酸性岩体型、强烈构造活动带型、沉积盆地型和近代火山型4种类型[2]。据文献[1]所述，保守估计地壳中埋深3～10 km的干热岩所含的能量是全球煤炭、石油和天然气蕴藏能量的30倍。

1 国内外地热资源开发利用现状

1.1 国外地热资源开发利用现状

应用领域：干热岩地热能与风能、太阳能相比，更加稳定，应用领域更加广泛，既可用于发电，也可用于工业生产、医疗制药、民用供热、制冷、养殖等领域[3]，如图1所示。

图1 地热能分级利用林德尔图

利用现状：1970年美国洛斯阿拉莫斯国家重点实验室提出具有商业用途的高温岩体地热资源的开发概念和思路，研发出利用干热岩地热发电技术，至今已近50 a，发达国家在干热岩地质勘查、资源潜力评价、储量计算方法，靶区选定技术、高温岩体钻井技术、储层改造技术、微震、失踪监测技术及发电传热技术等方面进行了积极探索，取得了重大进展。截止目前，美国、英国、法国、瑞士、日本、澳大利亚、冰岛等发达国家先后建成和在建约有25个试验性质的干热岩发电供热示范工程，累计发电(装机)能力12 MW(1.2万kW)[4-5]，见表1。

表1 部分干热岩地热资源发电项目统计

1.2 我国地热开发利用现状

资源储量：我国地热资源丰富，地热资源总量约占全球地热资源总量的7.9%，应用领域与国外基本没有差别。中国地质调查局初步测算浅层水热型地热资源量折合标准煤12 500亿t，其中，中低温(<150 ℃)地热资源量折合标准煤12 300亿t，可采量折合标准煤18.5亿t/a，发电潜力150万kW；埋深3～10 km范围内干热岩地热资源量折合标准煤860万亿t[6]。

浅层水热型地热开发利用成果显著：我国浅层水热型地热资源的开发利用起步较早，经历了起步阶段(1949—1977)、发展阶段(1978—1999)、走向世界阶段(2000—至今)，如图2所示。从2000年起，地质勘查、形成机理研究、靶区圈定、井网布局以及技术装备研发到直接利用等位居世界领先水平，取得了4个第一的重大成就，即“中国地热直接利用的年利用能量世界第一(2000年31 403 MMJ/a)”“中国地热直接利用的设备容量世界第一(2015年17 870 MW)”“中国地源热泵年利用浅层地热能量世界第一(2015年100 311 MMJ/a)”“中国地热供暖世界第一(2015年33 710 MMJ/a)”[7]。

图2 中国地热直接利用及地源热泵40年发展历程

干热岩地热潜力巨大：中国地质调查局的测算，埋深3～10 km范围内干热岩地热资源折合标煤860万亿t(美国为570万亿t)。我国干热岩地热资源研发利用虽然较发达国家起步晚近20 a，但借鉴发达国家的技术经验，发展迅速，在近30 a里突破了干热岩地热利用的关键技术瓶颈，在开发潜力评价、资源靶区定位、大型水力压裂模拟、压裂液和化学激发剂研制、储层改造评价系统、地下“热-水-化-力”(THCM)数值模拟软件系统开发等方面取得重大突破[8]。2018年全国干热岩地热开发利用示范工程完井12个[9]，见表2。其中，青海共和盆地7个、贵德盆地4个、福建漳州1个。青海共和盆地恰卜恰DR4井孔深3 102 m，孔底温度180 ℃，实验成功发电；DR3井孔深2 927 m，孔底温度181 ℃，试验成功为医院供热。2015年5月21日中国地质调查局在福建漳州龙海市东泗乡清泉林场实施了干热岩科学钻探深井试验，钻孔深度4 000 m，孔底温度109 ℃，目前封孔监测。以上试验示范工程队促进我国研究解决尚未完全掌握的干热岩钻井、储层激发、流体循环等关键技术，为加快我国干热岩地热开发利用提供了科学依据。

表2 我国干热岩试验示范井统计

2 陕西省地热开发利用现状及对策

2.1 陕西省地热开发利用现状

陕西省地热资源开发利用特点是两个滞后，一是陕西省总体开发利用滞后于全国；二是陕西省干热岩地热开发利用滞后于浅层水热型地热开发利用。

浅层水热型地热开发利用现状：陕西省浅层水热型地热研发利用始于2005年，至今已有15 a，在浅层水热型地热研发利用作了卓有成效的工作。

依据地质勘查资料划分了浅层地热能开发利用适宜性分区；地埋管地源热泵适宜和较适宜区在陕北和关中，陕南仅分布在汉中盆地的河谷阶地区；地下水地源热泵系统适宜和较适宜区分布在渭河、汉江、丹江等较大的河流漫滩及低阶地区域[10]，见表3。

表3 陕西省浅层地热适宜区及供热/制冷面积统计

采用体积法和比拟法对关中水热型地热资源进行了评价，总热量为323万兆千卡，折合标煤4 610亿t，为陕西省探明煤炭资源量的2.7倍，关中盆地不同构造单元浅层水热型地热资源分布，如图3所示。可利用热量193万兆千卡，折合标煤2 758亿t，为陕西省探明煤炭资源量的1.61倍，可利用率59.83%，为关中盆地水热型地热开发利用提供了科学依据。

图3 关中盆地不同构造单元浅层水热型地热资源分布

对陕西省十个地级城市规划区和杨凌示范区浅层水热型地热开发利用进行了规划，见表4。规划的总热容量达到1.50千兆千焦/℃，换热功率为6 830万kW，折合标准煤为6 717万t。以开发利用效率35%来计算，可以节约标准煤2 343万t，产生经济效益82.01亿元，可以减少二氧化碳排放量为5 591.80万t、粉尘排放量18.75万t，节省环境治理费用70.67亿元，有力地推动了陕西省浅层水热型地热开发利用。

表4 关中水热型地热资源开发利用统计

建成了一批水热型地热开发利用示范工程，见表5。为规模化开发利用、井网布局、开发技术参数、技术设备及管理优化积累了经验。

表5 陕西省浅层水热型地热开发利用部分示范工程

干热岩地热资源开发现状：陕西省干热岩地热开发利用相对全国滞后，处在干热岩赋存地质背景研究阶段，从磁场特征、重力特征、莫霍面变化特征、构造断裂特征(渭北地区构造单元)、基底结构特征、侵入岩分布特征、地热场特征及地热资源特征(区域大地热流特征、地温梯度特征及地温场变化特征)等研究分析干热岩储层分布、储层盖层厚度，而地质构造对大地热流变化、地温梯度变化、地温场变化的影响因素处于起步研究阶段。

与全国干热岩地热开发利用对比，陕西省干热岩地热开发利用存在的主要问题有3方面。一是未在干热岩赋存地质背景研究分析基础上，编制全省干热岩地质勘查规划，并进行地质勘查，开发潜力评价、分布区域划分、储量计算(热能)、靶区圈定；二是未进行干热岩地热开发利用技术装备研发及编制干热岩地热开发利用发展规划；三是无激励干热岩地热开发利用政策措施等。

2.2 陕西省开发利用地热资源的对策

开发利用地热资源的意义：加快陕西省干热岩地热资源开发利用是践行“创新、协调、绿色、开放、共享”发展理念，“节约优先、立足国内、绿色低碳、创新驱动”能源发展战略的重大举措。对保障国家“十三五”(2020年)清洁能源(非化石能源)在能源消费总量比重达到15%，单位国内生产总值二氧化碳排放量比2005年下降43%～45%，到2030年清洁能源在能源消费总量的比重达到20%，单位国内生产总值二氧化碳排放量比2005年下降60%～65%的能源战略目标，对促进陕西省能源生产消费结构调整、提高清洁能源在能源生产消费中的比重，保障陕西省2020年、2030年二氧化碳减排目标及实现生态环境保护具有重要的战略意义。

开发对策：①加快编制全省干热岩资源地质勘查规划，并在开展地质勘查基础上，进行干热岩地热分布区域划分、开发潜力评价、靶区圈定、储量计算，为全省干热岩地热资源开发利用发展规划提供依据。②依据陕西省干热岩地热赋存特点，强化开发利用技术研究，建立以陕投集团陕西省煤田地质集团公司地热资源工程技术中心为主，有科研院所参加的陕西省干热岩地热资源开发利用技术研究联盟，加快对干热岩地热开发利用基础理论研究、关键技术攻关、技术装备研制，为加快干热岩地热资源开发利用提供技术装备支撑。③依据陕西省干热岩地质构造特征、分布规律、划分类型及圈定的靶区，分类建设干热岩地热开发利用示范工程，以取得适用陕西省干热岩赋存特征的开发技术参数、井网布置方式及设备装置，为规模化地开发利用提供经验。④全省应建立干热岩地热资源开发基金，宜从一次能源(化石能源)矿业权价款中按一定比例计算，以支持从事干热岩地热开发研究的科研院所的基础理论研究、关键技术装备攻关及示范工程建设；从事干热岩地热资源开发利用企业，宜免交资源税，免缴所得税3～5 a，减半缴纳增值税以扶持从事干热岩地区开发利用的企业加快发展。

3 结语

陕西省地热资源丰富，浅层水热型地热资源得到有效开发利用，干热岩地热资源发展相对滞后。应适时成立干热岩地热资源开发利用技术研究联盟，通过技术创新和建设示范工程，引领陕西省干热岩地热资源开发利用，为促进陕西省能源生产消费结构调整，实现绿色低碳发展奠定基础。