地大熱能：地?zé)崮?/a>按照賦存狀態(tài)可分為水熱型、干熱巖型等;按照埋深可分為淺層地?zé)豳Y源、中深層地?zé)豳Y源等;按照井口溫度分級(jí)可分為高溫地?zé)崮?/a>、中溫地?zé)崮?/a>和低溫地?zé)崮?/a>。

地熱能一般按照溫度由高到低進(jìn)行梯級(jí)利用。水溫大于90℃的熱水用于烘干、發(fā)電、采暖;利用后水溫降低到90℃-40℃之間,可用于采暖、理療、洗浴、溫室;再次利用后,水溫降低到40℃～25℃之間,用于水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)灌溉等。水溫低于25℃的,既可以運(yùn)用熱泵技術(shù)進(jìn)行利用(例如淺層地?zé)崮?/a>),也可以處理達(dá)標(biāo)后,按技術(shù)規(guī)范同層等量回灌。

我國(guó)地?zé)豳Y源量約占全球的1/6。2021年(冰島)第六屆世界地?zé)岽髸?huì)統(tǒng)計(jì)顯示,在清潔供暖需求帶動(dòng)下,中國(guó)地?zé)崮?/a>直接利用(非電利用)呈加速發(fā)展趨勢(shì),裝機(jī)容量為40.6吉瓦,占全球的38%,位居世界第一,是排名第二美國(guó)的兩倍。

盡管如此,利用效能高的地?zé)岚l(fā)電,在我國(guó)由于資源分布、技術(shù)經(jīng)濟(jì)等原因規(guī)模較小、進(jìn)展緩慢。20世紀(jì)70年代起,我國(guó)在西藏地區(qū)探索高溫地?zé)岚l(fā)電,建設(shè)了羊八井、羊易、朗久、那曲等地?zé)犭娬?/a>。目前,部分地?zé)犭娬?/a>由于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)原因關(guān)停,僅羊八井、羊易部分機(jī)組仍在運(yùn)行。

“十三五”以來,聚焦北方地區(qū)清潔供暖,助推國(guó)家“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”戰(zhàn)略實(shí)施,國(guó)家發(fā)布了《地?zé)崮荛_發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》。在“雙碳”目標(biāo)引領(lǐng)下,地?zé)岙a(chǎn)業(yè)高質(zhì)量快速發(fā)展。

中國(guó)工程院院士、國(guó)家地?zé)?/a>中心技術(shù)委員會(huì)主任郭旭升介紹,當(dāng)前全國(guó)地熱能調(diào)查精度持續(xù)提高,地?zé)?/a>家底逐漸明晰。160萬平方千米國(guó)土達(dá)到1:25萬精度,2萬平方千米達(dá)到1:5萬精度。近5年新增大地熱流數(shù)據(jù)在前40年總量基礎(chǔ)上增長(zhǎng)了21%,基本覆蓋陸域全部一、二級(jí)構(gòu)造單元。

淺層地?zé)崮?/a>方面,我國(guó)完成336個(gè)地級(jí)以上城市淺層地?zé)豳Y源調(diào)查。據(jù)評(píng)估,可開采資源量折合7億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。據(jù)統(tǒng)計(jì),“十三五”期間,我國(guó)淺層地?zé)崮芾?/a>年增長(zhǎng)率為10%,到2020年底,淺層地?zé)崮芄┡?/a>/制冷面積為8.1億平方米。“目前,我國(guó)淺層地?zé)崮芄┡?制冷)面積已位居世界第一。京津冀開發(fā)利用規(guī)模最大,其他主要分布在遼寧、山東、湖北、江蘇、上海等省(市)城區(qū)。”中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局淺層地溫能研究與推廣中心主任李寧波介紹。

中深層水熱型地?zé)崮?/a>方面,華北地區(qū)地?zé)崮?/a>調(diào)查全面推進(jìn),雄安新區(qū)首次完成全區(qū)整裝勘查。我國(guó)4000米以淺的中深層地?zé)豳Y源量折合標(biāo)煤12500億噸,年可開采資源量折合標(biāo)煤18.7億噸。到2020年底,我國(guó)水熱型地?zé)?/a>供暖面積累計(jì)約5.82億平方米,超額完成“十三五”規(guī)劃目標(biāo)。

在干熱巖勘探與開發(fā)領(lǐng)域,數(shù)十年來一直是發(fā)達(dá)國(guó)家領(lǐng)跑。我國(guó)干熱巖資源勘探開發(fā)現(xiàn)處于探索階段,在青海省共和盆地,初步形成了干熱巖高溫測(cè)井、耐高溫鉆完井、高溫花崗巖熱儲(chǔ)縫網(wǎng)壓裂與裂縫監(jiān)測(cè)等關(guān)鍵技術(shù),為后續(xù)利用積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

能源革命取得突破

山西省作為我國(guó)第一個(gè)能源革命綜合改革試點(diǎn)區(qū),近年來成果突出,位于大同市的陽高—天鎮(zhèn)一帶干熱巖地?zé)豳Y源勘查開發(fā)取得的重大突破備受關(guān)注。

噴薄而出的地?zé)崃黧w,也沖破了傳統(tǒng)理論的藩籬。此前認(rèn)為,大于150℃的高溫地?zé)豳Y源帶主要出現(xiàn)在地殼各大板塊的邊緣,熱儲(chǔ)多為花崗巖,在我國(guó)主要分布于西藏南部、云南西部、四川西部和臺(tái)灣等地。而山西陽高—天鎮(zhèn)一帶不具備上述地質(zhì)條件。

近年來,業(yè)內(nèi)專家根據(jù)創(chuàng)新理論,預(yù)測(cè)了大同、忻州等地存在干熱巖和高溫地?zé)豳Y源。2016年起,山西省地質(zhì)勘查局在中國(guó)科學(xué)院院士朱日祥、王焰新等專家的指導(dǎo)下,與中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)合作開展了全省干熱巖地?zé)豳Y源勘查選區(qū)調(diào)查研究項(xiàng)目,圈定了天鎮(zhèn)縣馬圈庠、陽高縣弧山廟等干熱巖勘查選區(qū)。

山西省自然資源廳于2017年批準(zhǔn)立項(xiàng)陽高—天鎮(zhèn)一帶干熱巖地?zé)豳Y源預(yù)可行性勘查項(xiàng)目,2019年8月項(xiàng)目正式開鉆,至2020年3月取得突破性成果。

專家論證認(rèn)為,該成果對(duì)山西能源革命乃至全國(guó)可再生清潔能源勘探開發(fā)具有重大意義。“山西這次地?zé)峋?/a>發(fā)現(xiàn),是地?zé)?/a>界的一個(gè)新的里程碑,在此類區(qū)域發(fā)現(xiàn)這么好的地?zé)豳Y源,在全國(guó)是第一份。”中國(guó)能源研究會(huì)地?zé)?/a>專業(yè)委員會(huì)主任田廷山說。

山西省在這一成果的基礎(chǔ)上,部署了大同盆地重點(diǎn)地區(qū)深部高溫地?zé)豳Y源詳查專項(xiàng)、共建地?zé)豳Y源勘查及開發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、建設(shè)山西高溫地?zé)崮?/a>科研示范試驗(yàn)電站3項(xiàng)重點(diǎn)工作,以盡快探明高溫地?zé)?/a>資源賦存情況,探索高溫地?zé)岚l(fā)電和梯級(jí)開發(fā)利用,為產(chǎn)業(yè)化布局提供支撐。

今年8月,山西省自然資源廳發(fā)布了《關(guān)于做好自然資源工作促進(jìn)地?zé)崮墚a(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的通知》,要求統(tǒng)籌做好資源評(píng)價(jià)、規(guī)劃管控、要素保障、集約利用、聯(lián)合監(jiān)管等各項(xiàng)工作,促進(jìn)地?zé)崮墚a(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。中國(guó)石化新星公司、山西地質(zhì)集團(tuán)、山西雙良集團(tuán)等企業(yè)代表表示,要在政府的指導(dǎo)下,探索有利于地?zé)崮荛_發(fā)利用的新型管理技術(shù)和市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)模式。

在今年9月的“綠色未來——2022地?zé)崮墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇”期間,與會(huì)專家、業(yè)界代表來到天鎮(zhèn)縣山西高溫地?zé)豳Y源開發(fā)利用科研示范基地考察。這里正按照“小功率、多機(jī)組”思路,探索高溫地?zé)?/a>水質(zhì)與發(fā)電工藝適應(yīng)性,為大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)做好前期試驗(yàn)研究。

“我們力爭(zhēng)到‘十四五’末建成地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)2萬千瓦。”基地相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹說,深部高溫地?zé)豳Y源勘查完成后,這里正逐步推進(jìn)地?zé)崮馨l(fā)電、供暖、種植、養(yǎng)殖、康養(yǎng)梯級(jí)開發(fā)利用示范建設(shè),為能源產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展再添新動(dòng)能。

地?zé)豳Y源科學(xué)探尋

山西大同取得突破性成果后,地?zé)峤缣接懙膯栴}是,干熱巖和高溫地?zé)豳Y源形成機(jī)制究竟是怎樣的?類似陽高—天鎮(zhèn)一帶的高溫地?zé)豳Y源,接下來在何處尋找?

據(jù)介紹,地?zé)豳Y源分布受地質(zhì)構(gòu)造控制,傳統(tǒng)理論認(rèn)為,深部熱源主要由巖漿提供。例如,冰島等利用地?zé)崮?/a>最好的國(guó)家,其地?zé)犭娬?/a>都建在年輕火山的分布區(qū)。

“但中國(guó)的巖漿熱源型高溫水熱資源的分布和晚新生代火山的分布并沒有一致性。”王焰新指出,五大連池和長(zhǎng)白山等板內(nèi)火山雖然年輕,附近卻不存在巖漿熱源型高溫水熱資源的分布。西藏南部存在板緣巖漿熱源型高溫水熱資源分布,卻沒有任何晚新生代火山。可見,地表年輕火山未必是地下存在巖漿熱源型水熱資源的必要條件。

不依據(jù)火山,如何找高溫地?zé)?/a>?

王焰新院士團(tuán)隊(duì)通過基礎(chǔ)性研究指出,地球深部存在以剪切作用為主的軟流層,其上部的地殼脆性—韌性轉(zhuǎn)化帶,是干熱巖的熱源,一般深度在10千米～15千米,如果在一個(gè)區(qū)域6千米～10千米深度能找到脆性—韌性轉(zhuǎn)化帶,就能找到干熱巖。

地殼韌性形變與熱隆升—伸展構(gòu)造有關(guān),熱隆升—伸展構(gòu)造形成地塹或裂谷。因此,優(yōu)質(zhì)的高溫地?zé)豳Y源一般分布在比較強(qiáng)烈的新生代盆山體系。山西省六大盆地中的5個(gè)盆地,包括大同盆地,都是裂谷系地塹構(gòu)造,因而具有發(fā)現(xiàn)高溫地?zé)?/a>的天然稟賦。

在大同盆地陽高—天鎮(zhèn)凹陷區(qū)域,地球物理重、磁、震等探測(cè)手段全部應(yīng)用后,發(fā)現(xiàn)地下存在一個(gè)巨大的蘑菇狀、上面有“枝杈”的高導(dǎo)低阻體形態(tài)。“這可能就是深部熱儲(chǔ),地殼脆性—韌性轉(zhuǎn)換帶上的熱源,這么淺的深度不可能是巖漿,具體是什么還需要進(jìn)一步做工作。”王焰新指出,“枝杈”是順著淺部斷裂發(fā)育的不均勻?qū)嵬ǖ?說明天鎮(zhèn)高溫地?zé)岬臒嵩床辉谄湔路?為下一步勘探工作提供了空間方向。

王焰新表示,探索深部地?zé)?/a>除了有能源資源意義之外,還具有重大的科學(xué)價(jià)值。深部高溫地?zé)豳Y源是地球動(dòng)力學(xué)尤其是深部地質(zhì)過程研究的重要載體。此外,在以巖漿為熱源的高溫水熱系統(tǒng)中,混有一定比例深源巖漿水的可能性非常大,而可能存在的來自幔源的初生水對(duì)于地球物質(zhì)循環(huán)研究具有重要意義,是水科學(xué)及相關(guān)學(xué)科最具挑戰(zhàn)性的研究領(lǐng)域之一。

“當(dāng)前,我國(guó)超過150度的深部高溫地?zé)豳Y源開發(fā)利用研究還面臨著艱巨的挑戰(zhàn)。基本的科學(xué)理論體系還沒有建立,勘查開發(fā)技術(shù)、評(píng)價(jià)方法體系、熱能發(fā)電技術(shù)還很不成熟。”王焰新說,我們要有志氣、骨氣、底氣,創(chuàng)立提出自己的深部高溫地?zé)岬男吕碚擉w系,同時(shí)在勘探、開發(fā)利用領(lǐng)域,敢于變革性地推出一些技術(shù)方法。

當(dāng)前,各地積極構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系,紛紛出臺(tái)了政策保障措施。今年10月,《北京市碳達(dá)峰實(shí)施方案》提出深度推進(jìn)供熱系統(tǒng)重構(gòu),禁止新建和擴(kuò)建燃?xì)猹?dú)立供暖系統(tǒng),有序開展地?zé)峒?a href="http://www.optool.cn/t/再生水源熱泵.html" >再生水源熱泵替代燃?xì)?a href="http://www.optool.cn/t/供暖.html" >供暖行動(dòng),全面布局新能源和可再生能源供熱。業(yè)內(nèi)指出,這意味著北京市燃?xì)忮仩t已經(jīng)率先“達(dá)峰”,將逐步縮減規(guī)模和被替代,地?zé)岬?a href="http://www.optool.cn/t/可再生能源供熱.html" >可再生能源供熱將擔(dān)綱大任。

“雙碳”目標(biāo)征程上,地?zé)岙a(chǎn)業(yè)不斷迎來新機(jī)遇。有專家建議,各級(jí)政府、企業(yè)要加大地熱能技術(shù)研發(fā)投入,實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵核心技術(shù)自主可控,延長(zhǎng)地?zé)岙a(chǎn)業(yè)鏈。此外,地?zé)犷I(lǐng)域必須深化政產(chǎn)學(xué)研用融合,才能取得重大突破,單打獨(dú)斗是走不通的。據(jù)介紹,我國(guó)已成功申辦2023年第七屆世界地?zé)岽髸?huì),地?zé)岙a(chǎn)業(yè)將在開放創(chuàng)新中,迎來更為廣闊的發(fā)展前景。