我国地热资源开发利用情况——尤以西藏地热为例*

卫魏 易辉

（1.西藏农牧学院水利土木工程学院，西藏 林芝 860000；2.华中科技大学中欧新能源学院，湖北 武汉 430074）

1 地热能概述

1.1 全球地热资源及利用情況

地热能是储藏在地球内部的能量[1]，源于地球内部的熔融岩浆与地球内部的放射性同位素元素衰变产生的热，因此地热能也是由天然的核能转化而来的，地热资源是一种可再生的清洁能源，基本上不排放污染物[2]。地热能分布广泛、储量巨大，使用起来清洁、稳定、可循环，与太阳能、风能等清洁能源相比，不受季节、天气、温湿度等外界因素影响，是具有显著优势的新能源。据估算，全球地热资源约为6×106MW，其中32%的地热温度高于130℃[3]。距地壳深度3 km以内蕴藏的热量约为4.3×1019MJ，如果计算地热能的总量，则相当于煤炭总储量的1.7亿倍[4]。

发电和直接利用是目前地热能开发利用的主要手段[5]。150℃以上的高温地热资源主要用于工业发电；90～150℃中温和25～90℃的低温地热资源以直接利用为主，包括取暖、干燥、种植、养殖、温泉等日常生活方面；利用地源热泵对25℃以下的浅层地温进行供暖、制冷。

1.2 地热的优势

地热资源[6]资源量巨大、热源利用率高且连续稳定、CO2减排显著。（1）我国每年可开采水热型地热资源折合19 亿吨标准煤，接近2015 年我国煤炭消耗量的1/2。全国中等规模以上地级市，每年可开采浅层地热资源折合7 亿吨标准煤，约为2015 年我国煤炭消耗量的1/5，地下3～10km 的干热岩储量折合856 万亿吨标准煤；（2）所有可再生能源中，地热能发电能源利用率高达80%，可视为基础能源；（3）与燃气、燃煤锅炉供暖相比，地源热泵供暖其CO2减排50%以上；若供应热泵的电力取自清洁能源，则实现CO2零排放，减少雾霾。

2 地热资源利用

2.1 地热能发电

目前，地热发电多是通过钻取地下的地热流体（热水、干蒸汽、以水为主或者以蒸汽为主的汽水混合物。）作为高温热源发电，发完电的余热流体回灌到地下。目前主流的4 种地热发电热力系统：图1（a）干蒸汽热力系统、图1（b）一次闪蒸蒸汽热力系统、图1（c）二次闪蒸蒸汽热力系统和图1（d）双工质热力系统[3]。

2.2 我国地热发电概况

20 世纪70 到90 年代我国先后建成7 座地热发电站。1970 年在广东丰顺利用92℃湿蒸汽建成我国第一座地热发电站，装机容量72KW。西藏1977 年在羊八井建成我国首座高温湿蒸汽地热发电厂，首台试验1MW 发电机组（目前已停产），此后羊八井高温地热电厂不断增添8 台机组扩充产能，至1991 年装机总规模达到25.18MW，并延续至今，每年发电1 亿度左右[7]。西藏阿里地区于1985 年建成朗久地热电厂，投产2台1MW 湿蒸汽地热发电机组，最终因地热井产汽量不足，导致停产。1994 年西藏那曲建成了一套1MW 双工质机组地热电厂，后由于地热井口管道结垢严重，坚持到1999 年停运。目前，我国地热发电装机总规模维持在27.4MW。包括广东丰顺0.3MW 地热电站（闪蒸）、华北油田0.4MW 双工质螺杆膨胀机地热发电站、西藏羊八井24.18MW 地热发电站（闪蒸）、西藏羊八井2MW 螺杆膨胀机地热发电站以及西藏羊易0.4MW螺杆膨胀机地热发电站[8-9]。

2.3 我国地热发展特点

2.3.1 我国地热资源以中低温为主要特征，利用方式以直接利用为主。目前我国仅有西藏羊八井和羊易2处高温地热田，其余都是中低温地热田。中温地热田（90～150℃）28 处，占比3.8%；低温地热田（25～90℃）共708 处，占比96%[10]。此外，由于浅层地温能几乎不受资源限制，且技术日趋成熟，在地热资源品位相对较低的地区，利用地源热泵开发浅层地温能，进行供暖和制冷在我国各地区发展迅速[11]。

2.3.2 我国地热发电发展缓慢。我国适合发电的高温地热资源主要集中在西藏，装机容量25MW 的西藏羊八井地热电站是我国唯一的高温地热发电站，除西藏羊八井和广东丰顺地热电站目前仍处于运行阶段外，20 多年来我国几乎没有再建新的地热电站，多数中小型地热电站或因管道结垢、蒸汽流量小、温度低、回灌技术难度大、运行不经济等原因而早早关停，发电规模和技术水平已远落后于地热供暖、制冷、地源热泵等[12]。

2.3.3 我国地热产业的发展趋势。（1）中低温地热发电。我国中低温地热资源储量巨大，地热发电技术日趋成熟可靠，合理利用当地中低温地热发电，既可以为当地提供生产生活所需电力，提高新能源在能源消费结构中的比例，实现节能降耗，更能带动当地的经济发展，解决部分就业问题[12]。（2）地热直接利用。中国在地热资源直接利用方面一直持续增长，并呈现出规模化、产业化的发展趋势[13]，热泵通过消耗一小部分高品质能量，如电能、机械能、热能等，利用热力循环系统，实现热能从低温物体向高温物体传递的能量转移装置。地源热泵是利用地下浅层地热资源（土壤、地下水）的低温位热能和它们蓄热性能的一种热泵系统[14-15]。地源热泵作为经济环保、高效节能、安全可持续的浅层地热能开发手段[16]，实现了夏季制冷、冬季供暖、及提供日常生活热水。2016 年底全国推广应用面积已达4.78 亿平方米，地源热泵年均增长速度达到27%.

3 西藏地热资源

3.1 西藏地热资源分布与资源潜力

当今世界上构造活动最强烈的、举世瞩目的喜马拉雅高温地热带，南起喜马拉雅山，北抵冈底斯山和念青唐古拉山，从西陲阿里向东经过藏南延伸至横断山脉昌都地区，折向南延于云南西部，形成2000 余千米的弧形地热带，这也是西藏蕴藏有丰富地热资源的区域地热地质背景[17]。

西藏中南部地处青藏高原喜马拉雅山脉地热带，分布着许多强烈的高热流值水热活动区，形成高温地热水系统[18]，拥有高温水热对流系统61 处，可开发沸泉44 处，作为我国高温地热源资源最丰富的地区，可开发高温地热发电潜力达1930.11MWe30a[19]。

西藏高于沸点的地热区占全国的50%，背景资源量达3.1×1018J，资源可开采量达2988MW[1]。西藏属地中海—喜马拉雅地热活动带，两条异常强烈的地热活动带[20]分别沿雅鲁藏布江北侧以及尼木—羊八井—那曲分布。地热活动带内，地热种类繁多[21]，水热显示区星罗棋布，据统计西藏地热显示区共700 余处，其中热储温度超过150℃的水热区110 余处，超过80℃的地表泉水50余处，西藏地区天然地热热流约为68 万kcal/s，总流量超1000L/s；地热资源背景量高达3096.50×1015kJ，其中可开采资源背景量为923.70×1015kJ，相当于完全燃烧31.53×109T 标准煤所释放出来热量，用于发电的高温地热资源总量为29.88×104kW，超过全国高温地热资源总量的80%，资源潜力与开发前景非常可观[20]。

其中，位于青藏铁路西侧与那曲县最南端的谷露地热区，是一个脉动型沸泉群，泉水温度高达92℃，其地下热流体的平均温度高达178℃，预估发电潜力达51MWe30a。另外，古堆地热区作为西藏最大的地热田，位于山南市首府泽当以南约80km，平均海拔4400～4600m。热储流体的平均温度为245℃，预估发电潜力为266MWe30a。其次，过过穷地热泉位于日喀则市谢通门县通门乡拉旺孜村，地形开阔，距离县城较近，泉口温度63℃，其地下热流体的平均温度高达172℃，预估发电潜力达14MWe30a。日喀则地区拥有沸泉18 处，超过150℃的高温热储区39 处，在西藏地区占有绝对优势。从这些数据可以看出，西藏的地热资源是一种分布广泛、蕴藏丰富且潜力巨大的环境友好型能源。

3.2 西藏地热资源分布条件

根据地理区位和显示类型，将西藏地热区划分成五个类型区[22]。

3.2.1 藏北低温区。该区位于班公湖—怒江活动构造带以北，主要显示温泉地热类型。

3.2.2 藏中中温地热区。该区位于冈底斯山脉北坡与念青唐古拉山以北的高原内陆湖区，主要类型是热泉、温泉。

3.2.3 藏南高温地热区。该区位于冈底斯山脉北坡与念青唐古拉山以南的高山峡谷区，显示类型包括热泉、温泉、沸喷泉、沸泉等。

3.2.4 藏西中—高温地热区。该区位于冈底斯山脉西段，显示类型主要包括热泉、温泉、沸喷泉、沸泉、间歇喷泉、水热爆炸等。

3.2.5 藏东中—低温地热区.该区包括昌都地区三江流域内的大部分地区，显示类型以热泉、温泉为主。

上述五个地热区的资源条件如表1所示[22]。

表1 西藏地热资源分区条件表

3.3 西藏地热特点

西藏地热具有温度高、类型多、分布广、放热强度大等特点［20］。西藏有多达36 处超过沸点的地热显示区，地热显示类型涵盖温泉、热泉、沸泉、沸喷泉、间歇喷泉、地热蒸汽等多种形式，星罗云布在西藏境内各县，相对集中在藏东昌都三江流域内的大部分地区、喜马拉雅地热带、雅鲁藏布江沿线谷地，放热强度居国内之首，一些地热区的天然热流量高达107～108kcal/s。

3.4 西藏地热资源发电情况

西藏地热发电量位居我国首位。地热电站主要沿青藏铁路沿线两侧分布，较大的有羊八井地热电站和羊易地热电站［1］。西藏电力供应长期以水电为主，风能、太阳能、地热能为辅的电力结构，但对像拉萨这样的省会城市，地热能发电却一直扮演着非常重要的角色。到2017 年底，我国地热能发电装机容量为27.28MW（主要是西藏羊八井地热电站），发电1.35 亿千瓦时/年，冬、夏两季的发电量分别占拉萨电网的60%和40%，实现替代标煤4.13 万吨/年，减排二氧化碳10.73万吨/年。

3.5 西藏地热资源综合利用

目前，西藏丰富的地热资源多用于发电（羊八井地热电站），却鲜有用于居室采暖、温室种植、养殖、沐浴、地热旅游等。因此，为缓解西藏电力紧张，应充分利用其得天独厚的地热资源，除新建和扩建地热电站，多从地热资源直接利用考虑进行房屋采暖、温室种植和养殖，因地制宜［20］。

3.5.1 洗涤、沐浴。西藏是我国第二大牧场，羊毛（绒）年产量超过1万吨，利用中低温地热水洗涤羊毛，对提升羊毛品质效果非常好，而西藏的地热资源和畜牧资源条件都是得天独厚的。同时人们可以用沸点以下的温泉水来洗涤与沐浴，节约燃料资源。

3.5.2 浴疗。地热水中含有多种矿物质元素、稀有元素化合物，造就了不同的酸碱度。研究证实地热水浴疗对人体某些特定疾病具有较好的疗效［23］，比如皮肤病、风湿性关节病、内分泌系统、心脑血管系统疾病，疗效显著，起到缓解疲劳、促进新陈代谢、增强免疫力的同时，达到治病的效果。

3.5.3 种植。西藏大部分地区海拔高、气温低、湿度低，不利于农作物的生长，特别是瓜果、蔬菜这类经济作物［24］。在地热资源丰富地区利用地热进行温室种植各类瓜果、蔬菜，可大大提高农作物产量，增加农牧民收入，若利用地热温室大棚培育苗圃、种植花卉，其经济效益更高。

3.5.4 养殖。西藏的冬季严寒且漫长，这个季节牲畜容易掉膘，也不利于牧区牦牛和绵羊的繁殖，利用地热区的地热资源修建温室养殖场，可以提高牲畜的繁殖率，为牧民养殖增产创收。

3.5.5 居室采暖。西藏冬季长达5 个月之久，平均气温在-5℃左右，农牧民日常取暖多使用柴薪和牛粪作燃料，若采用地热供暖，可以改善农牧民的生活居住条件，同时减少人们对森林的砍伐、草场的破坏、降低对环境的损害。

3.5.6 提取地热水中的矿物质。地热流体中富含稀有贵金属及矿物质元素，如:铯、锂、砷、硼、铷等，提炼出这些贵金属矿物，既可以创造经济效益，还可以减少地热水中污染因子的排放。

3.5.7 地热旅游。西藏是世界第三极，近些年“此生必驾318”这条国内景观大道被网络宣传，吸引众多国内外游前来，因此可以选择适宜的地热区开发地热旅游，将西藏独具特色的地热资源景观、千姿百态的地质现象打造成独特的名片。

西藏种类丰富的地热资源，按温度梯级可开展项目繁多的开发。借鉴国外成熟的开发利用经验和先进的技术手段，综合利用西藏地热资源前景广阔［22］。

4 西藏地热产业的发展目标与方向

西藏作为我国地热资源最丰富的地区，不仅拥有我国唯一高温湿蒸汽地热发电站羊八井地热电站，地热发电位居我国第一位，还蕴藏极其丰富的浅层中低温地热资源。因此，今后在西藏地区大力发展中高温地热发电产业和中低温地热直接利用技术，将极大地促进西藏地区经济发展，改善西藏人民生活质量。

4.1 低温地热及地热尾水可通过热泵技术提高其能源品质进行利用

地热供暖主要分直接供暖和间接供暖［25］。直接供暖是以地热水直接作为供热工质，而间接供暖是利用中低温地热水先加热某种低沸点供热介质，再让供热介质循环供热，如图2 所示。地热水直接供暖多用在水温较低、水质较好的情况下。由于间接供暖前期投资较大（需要中间换热器），并且中间换热器增加了热量损耗，因此地下水间接供暖多用在地热水质差而水温高的情况。

4.2 地热直接利用技术

地源热泵［26］，指的是陆地浅层能源通过输入少量的高品位能源（如电能）实现由低品位热能向高品位热能转移的装置。按照埋藏深度，地热能分为200m以内的浅层地热能、200～3000m 的水热型和3000～10000m的干热岩型三种。

图3 为地热热泵原理图，与常规热泵原理不同的是，地热热泵的热源为低温地热水或地热尾水［27］。热泵工质先在蒸发器中吸收地热水的热能，经过压缩机变成高温高压的气体，再经过冷凝器放热，提供生活用热水，从而将低温地热水或地热尾水的热能级进行充分利用。目前，地源热泵在在国内外地热直接利用领域中应用最为广泛［28］，技术也最为成熟。

4.3 地热热泵供热经济性分析

例如某工程的设计参数为：供热量1500kW，地热水用量为50t/h。计算电价取为0.38 元/kWh，地热水费0.6 元/t，煤价800 元/t，天然气价格2.8 元/Nm3，热泵的性能系数为3.6，燃气锅炉的效率为85%，燃煤锅炉的效率为70%，原煤热值为20934kJ/kg，天然气热值为35588kJ/Nm3，全年供热时间为1500h。其年运行费用见表2。

表2 全年供热运行费用比较（万元）

从表2 全年供热运行费用对比结果可看出，在不考虑前期建厂投资费用情况下，地热热泵供热的运行费用最低，燃气锅炉供热的运行费用最高，而燃煤锅炉供热的运行费用介于两者之间。在实际运行过程中，地热热泵供热系统不仅运行费用低，并且使用管理合理，可以做到零污染排放，且能源可持续利用。

在地热能的开发利用中，低温地热和供暖尾水不仅可用于养殖、温室种植和洗浴，通过热泵技术，对低温地热或地热供暖尾水实现梯级综合利用，提升其热能品位，充分利用地热资源，同时地热尾水的再利用还可降低地热水排放造成的热污染。

5 结论

地热能分布广泛、储量巨大，使用起来清洁、稳定，与太阳能、风能等清洁能源相比，不受季节、天气、温湿度等外界因素影响，具有显著优势的新能源。我国地热资源多以直接利用的中低温地热资源为主，高温地热发电资源主要沿青藏铁路两侧分布，集中在那曲、羊八井、羊易等地，尤以西藏羊八井地热电站为主，其利用地热资源发电位居我国第一位。

从2010年至今我国地热发电几乎停滞不前，地热发电产业逐渐向中低温地热资源靠近，地热直接利用、地源热泵技术开发地热资源发展迅速。目前中国已成为全球最大的地热直接利用市场。而西藏作为我国地热资源最丰富的地区，不仅拥有我国优质的高温地热资源，还拥有极其丰富的浅层中低温地热资源，西藏地热具有温度高、类型多、分布广、放热强度大等特点，可以广泛的应用于沐浴、洗涤、浴疗、温室种植、养殖、洗、染、居室采暖、地热旅游等地热综合利用方面，这将极大地促进西藏地区经济发展，从而改善西藏人民生活质量。