“双碳”目标下我国地热产业发展路径思考

王 迪，梁海军，黄嘉超，刘 芮

（1.中国石化集团经济技术研究院有限公司，北京 100029；2.中国石化集团新星石油有限责任公司，北京 100083）

2020年，我国提出“30碳达峰，60碳中和”目标，加速了我国能源结构调整的进程。地热作为极具竞争力的可再生能源，受到世界各国的高度认可与重视。

1 全球地热能开发正当时

1.1 高温地热带发电产业迅猛发展

目前，世界已开发利用的地热田主要分布在高温地热带上。高温地热带的发电产业发展迅猛，2020年世界地热发电达15.95 GW，较2015年增长了3.70 GW，5年增速为27.7%，超过了2011-2015年25.7%的增速（见图1）。地热发电装机容量超过1 GW的国家有7个，分别是美国、印度尼西亚、菲律宾、土耳其、肯尼亚、新西兰和墨西哥，装机容量依次为3.700，2.289，1.918，1.549，1.193，1.064，1.005 GW。

图1 2010-2025年世界地热发电装机量[1]

1.2 地热能直接利用占比逐步提升

截至2020年底，全世界地热直接利用的总装机容量为107.7 GW，是地热能发电装机量的6.8倍，比2015年增加了52.0%，年增长率为8.7%（见图2）；年利用量为1 020 887 TJ（283 580 GWh），比2015年增加72.3%，过去5年间，地热能年利用量已翻倍发展，充分说明了地热能在可再生能源利用中的重要地位。

图2 1995-2020年地热直接利用的装机容量和年利用量

直接利用的装机容量（不包括地热热泵）前5名国家是中国、土耳其、日本、冰岛和匈牙利，分别为14 160，3 480，2 407，2 368，952 MW，占全球装机容量的76.0%；年利用量（不包括地热热泵）前5名国家是中国，土耳其、日本、冰岛和新西兰，分别为197 281，54 413，33 590，29 958，9 729 TJ，占全球利用量的76.5%。地热热泵装机容量前5名国家是中国、美国、瑞典、德国和芬兰，分别为26 450，20 230，6 680，4 400，2 300 MW，共占77.4%；年利用量前5名国家是中国、美国、瑞典、德国和芬兰，分别为246 212，145 460，62 400，23 760，23 400 TJ，占产出的83.5%。中国在地热直接利用方面稳居世界首位，累计供暖面积达13.9亿平方米。

2 中国地热利用快速发展

中国是世界上地热资源储量较大的国家之一，地热资源类型包括浅层地热资源、水热型地热资源和干热岩三类，以水热型地热资源开发利用为主。早期的地热资源开发主要集中在西藏、云南等山区，市场开发难度大，利用率较低。《地热能开发利用“十三五”规划》提出后，我国地热产业进入了飞速发展期。在政策引导和市场需求推动下，我国地热能资源开发利用得到较快发展，直接利用规模多年位居世界第一，地热能直接利用以供暖为主，是最重要的地热能利用方式。

2.1 浅层地热供暖/制冷技术成熟

我国浅层地热利用遍布中东部地区，重点分布于华北和长江中下游地区。根据国家地热能中心报道，截至2019年底，我国重点城市浅层地热能供暖（制冷）建筑面积约6.65亿平方米（见图3），装机容量达26.45 GW，年利用总量24×104TJ，持续处于世界领先地位。北京世界园艺博览会、北京城市副中心办公区、北京大兴国际机场、江苏南京江北新区等重大浅层地热能开发利用项目的建立，充分说明了浅层地热供暖/制冷技术的成熟性和可靠性得到证实。

图3 2019年我国地热资源各省市供暖面积

2.2 水热型地热供暖发展迅猛

我国中低温水热型地热资源主要分布在中东部的大型沉积盆地，包括华北、松辽、鄂尔多斯、关中盆地、苏北、江汉等盆地及东南沿海、胶辽半岛等山地丘陵地区。地理位置主要包括在京津冀大气污染传输通道的“2＋26”城市及汾渭平原，同时该地区人口密集，城镇众多，也是实施北方地区清洁取暖的主要区域，适合采取地热供暖、地热种植养殖和旅游疗养梯级综合利用模式，大力发展地热产业，从而提高地热能在供暖用能中的比重，调整能源结构，起到绿色替代能源的作用。

水热型地热资源总量折合标准煤1.23万亿吨，其中沉积盆地型地热资源为1.11万亿吨标煤，隆起山地型地热资源为0.12万亿吨标煤。中低温水热型地热资源年可开采热量折合标准煤18.5亿吨，其中，华北、东北地区地下热水资源总量折合标准煤2 760亿吨，地下热水资源年可开采热量折合标准煤4.86亿吨，占全国中低温地热资源年可开采热量的26%[2]。“十三五”期间，10个重点城市水热型总供暖面积增至3.82亿平方米（见图4）。根据国家地热能中心统计，截至2020年底我国水热型供暖面积累计达5.80亿平方米，远超过“十三五”设立的目标。河北雄县作为我国首个“无烟城”，地热供暖面积达700万平方米，造福约7万户居民，成功打造了以政府主导、政企合作、技术先进、环境友好、造福百姓为特点的“雄安模式”，引领全国地热资源的开发利用。

图4 2019年我国中深层地热资源重点省市供暖面积

2.3 干热岩发电起步阶段

我国干热岩资源规模大、分布广，绿色低碳。其规模化经济开发，对优化我国能源结构、保障国家能源安全、减碳降碳具有重要意义。我国3～10千米地热资源基数约856万亿吨标煤（中国地质调查局，2011年），是2016年中国一次能源消费总量的19.3万倍。我国干热岩研究处于起步阶段，“十三五”规划中对推进干热岩技术研发和示范工程建设进行了规划，重点开展关键工程的技术研发和试验。目前，我国已开展的示范区主要位于贵德县扎仓沟地热田、共和盆地干热岩、福建漳州、海南陵水县南平地区、湖南汝城热水圩、广东阳江新洲热田及广东惠州矮陂黄沙洞地热田[3]。

3 我国地热产业布局

“十三五”期间，以地热产业规划为指引，我国地热产业取得较快发展，随着“双碳”目标的提出，地热在能源结构调整中的作用显著提升，“十四五”是我国地热产业发展的重要时期，我国要持续推进北方地区中低温清洁供暖，满足夏热冬冷地区的“零碳供暖”，协同石油热能共同开发，此外还要拓宽地热能开发利用模式，开展地热发电利用研究，助力我国“双碳”目标早日实现。

3.1 续推进北方地区中低温地热清洁供暖

在地热资源丰富的冀中坳陷、沧县隆起、邢衡隆起等地区，基本实现“2＋26”城市优质地热资源区供暖全覆盖，此外，在雄安新区也成功打造了“雄安模式”。通过地震＋物探等非震技术融合，落实雄安新区构造地质特征，明确雄安地区岩溶热储发育主控因素及岩溶热储分布规律，精细化评价雄安新区地热资源量，夯实地热资源基础，打造“地下”透明雄安。针对于“2＋26”雾霾通道城市，重点对地热资源丰富的河北大名、山东济南、河南濮阳等县区开展地热勘探和井位部署，助推地热供暖规模不断扩大，实现打造20个地热“无烟城”目标。

3.2 利用浅层地热能满足夏热冬冷地区“零碳供暖”

夏热冬冷地区是我国区域经济发展的重要区域，在该地区重点布局地热能供暖，实现规模化供暖推广使用地源热泵技术，带动浅层地热能供暖项目发展。浅层地热能可同时满足供暖、制冷与生活用水需求，一次性解决“夏热”与“冬冷”问题。采用因地制宜、个性化方案的原则推广夏热冬冷地区浅层地热能开发，在前期示范项目的基础上，依托长江、珠江、洞庭湖流域等丰富的资源优势，依靠技术创新、系统集成，在夏热冬冷地区的沿江大城市（武汉、南京、长沙等）大力发展地表水源冷热双供项目。在夏热冬冷地区开发利用地热能，与将长江经济带建成绿色低碳经济廊道发展目标高度契合，是贯彻能源革命战略和提升发展质量的创新之举。

3.3 立足油田区域，协同石油热能共同开发

“十四五”期间我国油气需求将处于“油稳气增”的状态，预计在2030年达到峰值，油气需求仍有较长的增长期，随着“双碳”目标提出，建设绿色低碳油气田成为我国油气行业发展的重要战略举措。含油气盆地中蕴藏丰富的地热资源，油田地质资料丰富、可利用废弃井数量大，是高速、经济开发油区地热资源的道路[4]。辽河油田10口废弃井改造示范项目，每年节约天然气900余立方米，减排CO2达3万吨。此外，在油气开发过程中，油田含水率已达90%，伴生的中低温地热资源总量巨大。采油污水温度较高，大量余热资源可利用，中国石化年产污水量约4.3亿立方米，中国石油年产污水量约6.8亿立方米，按10℃温差计算，理论共可利用余热资源量约0.42亿吉焦/年，折合标煤142万吨/年[5]。在油气田区域因地制宜的开展地热、余热供暖/发电，降低全产业链生产过程中的碳排放，着力打造绿色低碳油田。

3.4 开展地热发电，助力我国新型电力结构发展

《关于促进地热能开发利用的若干意见》（简称《意见》）中提出，到2025年全国地热能发电装机容量比2020年翻一番。基于羊八井和羊易电站建设的基础上，在西藏、川西、滇西等高温地热资源丰富的地区打造地热资源综合开发利用示范工程，聚焦“一线两带”，地中海—喜马拉雅山地热带东段地区、青藏铁路沿线和川藏铁路沿线的地热资源详勘和推进地热发电项目建设，通过地热发电和产业化利用，助力清洁能源发电快速发展。此外，《意见》鼓励有条件的地方建设中低温和干热岩地热能发电工程，探索干热岩发电，重点在青海地区开展干热岩地热发电项目，通过建立地热发电示范基地，推进深部干热岩资源勘察发现和干热岩发电关键技术成熟，引领我国干热岩资源开发利用。

4 我国地热产业存在问题及对策建议

4.1 资源勘探开发投入不够

“十三五”期间，国家仅对京津冀地区及共和盆地干热岩项目进行了重点投入，对其他地区的地热资源勘探投入较少，地方政府的投入更是杯水车薪，不能保证地热资源的详查和地热田的系统勘探，导致地热田勘查程度低、基础资料缺乏，资料数据化程度低，远不能满足地热产业高质量快速发展的需要。

我国地热田开发虽具有一定的历史，但由于早期地热项目开发不正规，投入资金有限，并未严格要求回灌，缺少回灌参数，加上对动态资料监管不到位，生产数据录入困难，仅以成井时的试水数据为依据，缺乏出水量、出水温度等真实数据，以及对地热田的精细化描述不够，不能精准地将地热田地质模型与生产动态相结合，导致对地热田开发动态监测和精细化描述缺乏真实数据支撑。目前地热学仍处于数据生产并观测数据的内在联系或规律阶段，具有数据量大却混杂的特点，存在机理缺乏的时空统计分析挑战[6]。

4.2 技术支撑体系不健全

目前国内地热开发技术水平与产业发展要求还存在差距，一定程度上制约了地热资源的高质量开发。首先非震勘探技术的精确度不够。虽然非震勘探技术具有成本低、在人口密集城市中易施工、噪音小等优点，但对于2 000米以深的水热型热储地热地质目标识别和评价精度有待提高，制约深层优质地热资源的勘探和开发。其次是砂岩热储回灌率低成为其可持续发展的瓶颈。目前国内外针对砂岩地热尾水回灌着重于从井筒到地面的多方面研究，仍未有效解决难题。再次是水热型地下高效换热技术效率仍较低，无法满足经济性需求，该技术在国内外均未开展大规模应用，处于探索阶段。此外干热岩地热系统机理复杂，资源富集规律不清楚。热储精细描述和地质建模难度大，获取地下热储层物理参数的技术和能力有限，难以有效优选场址，靶区选择成功率低。

4.3 地热管理体系不清晰

多头管理权责不清，“十三五”期间国家虽然出台了一系列与地热相关的政策，但是仍然没有改变多头管理的局面。目前地热在《矿产资源法》《水法》和《可再生能源法》的管理之下，管理权限分属不同部门，管理机制不顺，企业在办理地热项目的采矿权和取水许可证的过程中手续复杂、流程不畅，导致目前地热项目未批先建、违规建设的情况频繁发生。同时由于各地对相关法律的理解和执行力度有偏差，导致在地热开发利用管理中对地热（矿产、能源、地下水）属性界定混乱，以及执法依据差异，形成了地热多头管理和重复管理的局面，影响了地热资源的合理开发和可持续利用。

5 对策建议

5.1 加强勘探开发投入力度

在地热勘查评价方面，以全国地热资源普查为依托，开展重点地区详查，摸清我国地热资源开发重点地区的地热资源量，重点推进雄安新区、“2＋26”城市和汾渭平原地区的地热详查工作，为在重点地区开发地热能的企业提供有利的资源数据支撑[7]。在干热岩开发有利区，优选勘探靶区，为干热岩开发利用做好前期准备工作。建设地热能资源勘查开发利用全产业链数据库，形成地热能数据开发利用大数据平台，为地热田合理开发利用和动态监控提供科学支撑。

在地热开发工程方面，对于砂岩热储回灌难的机理问题，加大力度研发改造增渗技术、回灌流体处理技术与装备，监测评价回灌尾水在不同地层内全程流动动态，研发单井换热取热技术与装备，取得砂岩热储开采技术及设备的突破；此外，应大力发展单井换热技术，针对增强单井取热能力的措施和新型单井结构设计方面，开展同井采注、分支井增加换热面积、大尺寸井眼换热、激发井下扰流强化对流换热等，多措施下提高换热效率的研究工作；最后，针对中高温高矿化度地热水对地热井腐蚀、结垢等问题，主要开展结垢类型专用环保化学阻垢剂的研发配制，特别加强针对抗高温碳化添加剂的研究，争取突破国外技术垄断，降低地热防垢成本。

5.2 健全管理体制机制建设

各级政府应在当地地热资源条件的基础上，摸清供热市场情况，结合社会经济发展科学预测未来供热市场需求，做好地热供热规划，优先安排建设用地、融资和财政资金支持。一是要地方政府明确地热开发管理归口部门，简化地热供热项目的土地、矿权、热力（电力）等审批程序，提高项目开发效率，加速地热供热产业发展。二是要将地热资源开发利用纳入节能减排考核指标体系，充分发挥地热供热在低碳城市、新能源城市建设中的作用。条件适宜的地区，政府应制定实施地方地热供热强制推广政策，积极推动地热能规模化应用，为地热供热开辟市场。

5.3 财税扶持政策

给予地热项目补贴政策。一是新建地热项目或燃煤替代项目，可对中深层地热供暖项目或地源热泵浅层供暖项目给予一定比例的投资补贴。二是借鉴各地区煤改电、煤改气的扶持政策，对于农村地区的清洁取暖项目，以热量为单位给予地热替代散煤工程项目运行补贴。三是参考风能、太阳能初期产业投资优惠政策，按发电量给予地热发电项目补贴政策。

加大地热产业税收优惠。“取热不取水”已成为我国水热型地热开发利用的基本要求，建议地热项目免征水资源税的同时，资源税的收取应以扣除回灌量的用量计征，对完全回灌的地热供暖项目实行免征资源税。此外，从国家层面引领各地政府在税收减免、投资抵免、加速折旧等方面的税收优惠力度，让地热产业税收优惠无区域化。

5.4 加强人才培养

地热资源勘探开发技术的综合性较强，涉及到多个学科、专业知识的交叉融合。加强地热技术创新，助力国家能源安全和低碳转型，必须要国家给予人才政策方面的倾斜，加强地热技术人才的引进和培养。

6 结语

我国地热资源潜力巨大，“十三五”期间我国地热能直接利用位居世界第一。但由于前期勘探开发资料不详实、不系统，激励机制不健全，管理部门交叉，专业人才匮乏等问题阻碍了地热能的发展，亟需建立健全地热能管理体制，明确管理权限，建立地热田勘探开发数据库以及加强人才的培养，从根本上助力我国地热能发展，“十四五”期间我国深化北方地区和夏热冬冷地区的清洁供暖保障，加大油田地区的石油热能的利用，加强地热能在能源结构转型中的贡献，此外借助“一带一路”的机遇，将地热发电业务“引进来，走出去”，助推我国地热产业走向国际化发展的舞台。