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(lái),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_(kāi)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(wàn)平方千米國(guó)土達(dá)到1:25萬(wàn)精度,2萬(wàn)平方千米達(dá)到1:5萬(wàn)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(kāi)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?！澳壳?我國(guó)淺層地?zé)崮芄┡?制冷)面積已位居世界第一。京津冀開(kāi)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)?！?a href="http://www.cityofbrews.com/t/中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局.html" >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(kāi)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(kāi)發(fā)領(lǐng)域,數(shù)十年來(lái)一直是發(fā)達(dá)國(guó)家領(lǐng)跑。我國(guó)干熱巖資源勘探開(kāi)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(lái)成果突出,位于大同市的陽(yáng)高—天鎮(zhèn)一帶干熱巖地?zé)豳Y源勘查開(kāi)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(yáng)高—天鎮(zhèn)一帶不具備上述地質(zhì)條件。

近年來(lái),業(yè)內(nèi)專(zhuān)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(zhuān)家的指導(dǎo)下,與中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)合作開(kāi)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(yáng)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(yáng)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(kāi)鉆,至2020年3月取得突破性成果。

專(zhuān)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(kāi)發(fā)具有重大意義?！?a href="http://www.cityofbrews.com/t/山西.html" >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(lèi)區(qū)域發(fā)現(xiàn)這么好的地?zé)豳Y源,在全國(guó)是第一份?！?a href="http://www.cityofbrews.com/t/中國(guó).html" >中國(guó)能源研究會(huì)地?zé)?/a>專(zhuān)業(yè)委員會(huì)主任田廷山說(shuō)。

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(zhuān)項(xiàng)、共建地?zé)豳Y源勘查及開(kāi)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(kāi)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_(kāi)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(lái)——2022地?zé)崮墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇”期間,與會(huì)專(zhuān)家、業(yè)界代表來(lái)到天鎮(zhèn)縣山西高溫地?zé)豳Y源開(kāi)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(wàn)千瓦?！被叵嚓P(guān)負(fù)責(zé)人介紹說(shuō),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(kāi)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?wèn)題是,干熱巖和高溫地?zé)豳Y源形成機(jī)制究竟是怎樣的?類(lèi)似陽(yáng)高—天鎮(zhèn)一帶的高溫地?zé)豳Y源,接下來(lái)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(méi)有一致性?！?a href="http://www.cityofbrews.com/t/王焰新.html" >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(méi)有任何晚新生代火山。可見(jiàn),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(guò)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(yáng)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)?！斑@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(shuō)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(guò)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(lái)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(guò)150度的深部高溫地?zé)豳Y源開(kāi)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(méi)有建立,勘查開(kāi)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?！蓖跹嫘抡f(shuō),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(kāi)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(kāi)展地?zé)峒?a href="http://www.cityofbrews.com/t/再生水源熱泵.html" >再生水源熱泵替代燃?xì)?a href="http://www.cityofbrews.com/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.cityofbrews.com/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(lái)新機(jī)遇。有專(zhuān)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(kāi)放創(chuàng)新中,迎來(lái)更為廣闊的發(fā)展前景。