中國科學(xué)院院士汪集暘
地熱是一種清潔低碳、分布廣泛、資源豐富、安全穩定的優(yōu)質(zhì)可再生能源，對于我國能源結構轉型發(fā)揮著(zhù)重要作用。
我國北方地區、高原寒冷地區乃至南嶺以南部分地區冬季氣溫低，建筑取暖需求大。近10年來(lái)，由于化石燃料使用過(guò)多，霧霾頻發(fā)。對此，國家大力提倡利用包括地熱能在內的清潔能源取暖，霧霾天數逐年減少，大氣環(huán)境呈現向好趨勢。
但隨著(zhù)地熱能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，一些新的問(wèn)題不斷涌現。我國地熱取暖產(chǎn)業(yè)潛力有多大？未來(lái)應當朝什么方向發(fā)展？如何引導產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量可持續地發(fā)展？本文基于以上問(wèn)題進(jìn)行探討，并針對制定我國地熱取暖產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰略提出建議。
我國地熱資源潛力巨大
地熱資源按深度劃分為淺層、中深層和深層地熱資源。淺層地熱能通過(guò)鉆孔熱交換器（BHE）及熱泵得以開(kāi)發(fā)利用，其深度范圍一般為200米以淺，包括土壤層及淺層含水層。中深層地熱資源一般介于 200米和 3000米之間，開(kāi)采系統還可細分為水熱系統中的對流換熱系統（在含水層中布置開(kāi)采井和回灌井）和傳導換熱系統（深井換熱系統-DBHE）。深層地熱資源埋深通常超過(guò)3000米，可分為干熱巖、水熱系統。
在板塊構造格局的影響下，我國主要沉積盆地的地熱背景由東至西，依次為熱盆、溫盆和冷盆分布。東部的松遼盆地、渤海灣盆地、蘇北盆地等屬于熱盆，地熱資源相對豐富。在沉積盆地地熱系統中，主要熱儲類(lèi)型有砂巖孔隙型熱儲和基巖裂隙—巖溶型熱儲。其中，基巖裂隙—巖溶型地熱儲的熱流體循環(huán)條件更加優(yōu)越，開(kāi)發(fā)利用潛力更大。
我國碳酸鹽巖的分布總面積占陸地面積的1/3，裸露面積約為90萬(wàn)平方千米，隱伏面積達250萬(wàn)平方千米以上?；趲r溶發(fā)育程度的差異，以雄縣地熱系統和蘇北地熱系統為參照，采用類(lèi)比法估算了全國巖溶熱儲地熱資源潛力，結果為5000~50000億噸標準煤，可見(jiàn)潛力巨大。雄安新區和北京市副中心均在巖溶型熱儲分布的渤海灣盆地內，實(shí)測大地熱流值顯示出了雄安新區極好的構造熱背景。未來(lái)，在雄安新區和北京市副中心清潔取暖中，地熱資源均將大有作為。
淺層地熱能的利用始于20世紀60年代，近10年來(lái)，地源熱泵系統在建筑物空調系統中的應用得到了快速發(fā)展，并取得了良好的節能效果。由于淺層地熱能儲量巨大和清潔環(huán)保，利用熱泵技術(shù)，幾乎適用于任何建筑物。長(cháng)三角淺層地熱能地質(zhì)條件優(yōu)越，適宜開(kāi)發(fā)，在國家政策和市場(chǎng)需求的推動(dòng)下，長(cháng)三角地區地熱取暖產(chǎn)業(yè)必將得到快速發(fā)展。
地熱清潔取暖技術(shù)發(fā)展迅速
北方地區清潔取暖比例較低，特別是部分地區冬季大量使用散燒煤及熱效率低下的小型燃煤鍋爐，大氣污染物排放量大，迫切需要推進(jìn)清潔取暖。這與廣大群眾生活水平的提高和生活環(huán)境的改善息息相關(guān)。
地熱取暖是利用地熱資源，使用換熱系統提取地熱資源中的熱量，向用戶(hù)供暖的方式，其技術(shù)模式按照所利用地熱資源、賦存介質(zhì)特征及換熱技術(shù)的不同，可以分為淺層地熱能取暖（制冷）模式、水熱型地熱能取暖模式、中深層地源熱泵取暖模式。
地源熱泵技術(shù)是一種利用淺層地熱資源的低品位熱源、既可供熱又可制冷的高效節能的空調技術(shù)。它能夠實(shí)現對建筑物三聯(lián)供系統的能源供給，是淺層地熱能最主要的開(kāi)發(fā)利用方式。地源熱泵主要分為地埋管熱泵、地下水熱泵和地表水源熱泵等。
中深層水熱型地熱資源一般深度在3000米以淺，由地下水作為傳熱載體，可以通過(guò)抽取熱水或者水汽混合物提取熱量。水熱型地熱取暖技術(shù)通過(guò)開(kāi)采井抽取地熱水，通過(guò)換熱站將熱量傳遞給供熱管網(wǎng)中的循環(huán)水，輸送給用戶(hù)，溫度降低后的地熱尾水通過(guò)回灌井注入地下，實(shí)現循環(huán)利用。
中深層地源熱泵技術(shù)基于同軸雙套管水循環(huán)原理，將地熱井內換熱器加熱循環(huán)出來(lái)的熱水作為熱源進(jìn)入高溫熱泵機組，通過(guò)高溫熱泵機組的提升，達到建筑物供熱所需的供水溫度，實(shí)現向建筑物穩定供暖。它具有節能環(huán)保、應用靈活和穩定可靠等優(yōu)勢，是實(shí)現地熱可持續利用的一種重要途徑。但是，單井每延米取熱能力有限，單一熱源的供熱能力有限。該項技術(shù)僅在我國個(gè)別地區試驗性應用，未來(lái)的研究重點(diǎn)是通過(guò)鉆孔與儲層的關(guān)聯(lián)強化、供熱系統效率的優(yōu)化來(lái)提高單井每延米的取熱能力。
地熱清潔取暖產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議
隨著(zhù)經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，我國建筑面積預計至2050年達到500億平方米，北方冬季取暖是剛性需求，南方有空調制冷的需求。建筑取暖和制冷市場(chǎng)巨大，在數萬(wàn)億元人民幣規模。隨著(zhù)人們生活水平的提高，對于清潔取暖的追求與日俱增，強大的內需不斷拉動(dòng)能源消費市場(chǎng)。
在國家層面，政府把清潔取暖提高到國家生態(tài)安全的高度來(lái)看待，政策導向勢必不斷推動(dòng)能源轉型和取暖方式的變革。此外，技術(shù)進(jìn)步也為資源利用市場(chǎng)發(fā)展提供動(dòng)力。清潔取暖技術(shù)與新風(fēng)技術(shù)的融合，是現代建筑風(fēng)氣的普遍追求目標，而這兩項技術(shù)都比較成熟。新興技術(shù)也為今后地下、地上結合形成高效可持續的清潔取暖成套技術(shù)體系，創(chuàng )造了支撐條件。未來(lái)，技術(shù)的不斷發(fā)展還將帶動(dòng)資源類(lèi)型的不斷擴展。比如，地表水源熱泵的大量采用、海水源熱泵的提升，為淺層地熱能的利用帶來(lái)新的巨大發(fā)展空間。
我國地熱資源的開(kāi)發(fā)利用在“政、產(chǎn)、學(xué)、研、用”的共同努力下進(jìn)展迅速，成績(jì)斐然。但是，在地熱開(kāi)發(fā)熱潮下，也產(chǎn)生了一系列問(wèn)題，如管理政策不完善、發(fā)展方向不明確、人才不足等。
為促進(jìn)地熱清潔取暖產(chǎn)業(yè)發(fā)展，筆者建議，首先應加強地熱能開(kāi)發(fā)的頂層設計。地熱只是可再生能源大家庭中的一員，必須放在可再生能源發(fā)展的大局中去規劃。要在國家層面上，充分考慮我國各個(gè)地區的地熱稟賦與冷熱需求，做好宏觀(guān)規劃。同時(shí)，還要在管理政策上加以完善，制定地熱管理辦法，明確管理部門(mén)，避免多頭管理。出臺優(yōu)惠措施，鼓勵和保護企業(yè)實(shí)施地熱取暖；加強監管，對違法違規企業(yè)加大處罰力度，規范市場(chǎng)。
其次應明確地熱資源開(kāi)發(fā)思路，“熱”“電”并舉、西“電”東“熱”——在高溫地熱豐富的西部地區優(yōu)先發(fā)展地熱發(fā)電，在東部地區則優(yōu)先發(fā)展地熱取暖；“深”“淺”結合、由“淺”及“深”——從淺層地熱資源開(kāi)發(fā)，逐步深入；“干”“濕”有度、先“濕”后“干”——現階段不宜不計成本地開(kāi)發(fā)干熱巖，而應優(yōu)先用好水熱資源；“天”“地”合一、“動(dòng)”“靜”結合——充分發(fā)揮“地熱+”的模式，與太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源互補聯(lián)動(dòng)。
最后應全面推進(jìn)人才隊伍建設。自20世紀70年代以來(lái)，我們已經(jīng)培養了一批專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才，為我國地熱產(chǎn)業(yè)發(fā)展做出了顯著(zhù)貢獻。但我國地熱市場(chǎng)規模巨大，相關(guān)企業(yè)有數千家之多，隨著(zhù)未來(lái)地熱清潔取暖市場(chǎng)的進(jìn)一步擴大，從科研、管理到技術(shù)，人才匱乏現象愈發(fā)顯著(zhù)。因此，高校和企業(yè)應當加大地熱專(zhuān)業(yè)人才培養力度，打造常態(tài)化和可持續化的人才培養體系，為地熱產(chǎn)業(yè)提供充足的人才支撐。
