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| 地熱清潔取暖大有可為 |
| 來源：中國科學報 作者：汪集暘 時間：2020/9/2 |
地熱是一種清潔低碳、分布廣泛、資源豐富、安全穩定的優質可再生能源，對于我國能源結構轉型發揮著重要作用。
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，由于化石燃料使用過多，霧霾頻發。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，大氣環境呈現向好趨勢。
但隨著地熱能產業的發展，一些新的問題不斷涌現。我國地熱取暖產業潛力有多大?未來應當朝什么方向發展?如何引導產業高質量可持續地發展?本文基于以上問題進行探討，并針對制定我國地熱取暖產業發展戰略提出建議。
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。淺層地熱能通過鉆孔熱交換器(BHE)及熱泵得以開發利用，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條件更加優越，開發利用潛力更大。
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90萬平方千米，隱伏面積達250萬平方千米以上。基于巖溶發育程度的差異，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，實測大地熱流值顯示出了雄安新區極好的構造熱背景。未來，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，地源熱泵系統在建筑物空調系統中的應用得到了快速發展，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保，利用熱泵技術，幾乎適用于任何建筑物。長三角淺層地熱能地質條件優越，適宜開發，在國家政策和市場需求的推動下，長三角地區地熱取暖產業必將得到快速發展。
地熱清潔取暖技術發展迅速
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，迫切需要推進清潔取暖。這與廣大群眾生活水平的提高和生活環境的改善息息相關。
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，向用戶供暖的方式，其技術模式按照所利用地熱資源、賦存介質特征及換熱技術的不同，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。它能夠實現對建筑物三聯供系統的能源供給，是淺層地熱能最主要的開發利用方式。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，可以通過抽取熱水或者水汽混合物提取熱量。水熱型地熱取暖技術通過開采井抽取地熱水，通過換熱站將熱量傳遞給供熱管網中的循環水，輸送給用戶，溫度降低后的地熱尾水通過回灌井注入地下，實現循環利用。
中深層地源熱泵技術基于同軸雙套管水循環原理，將地熱井內換熱器加熱循環出來的熱水作為熱源進入高溫熱泵機組，通過高溫熱泵機組的提升，達到建筑物供熱所需的供水溫度，實現向建筑物穩定供暖。它具有節能環保、應用靈活和穩定可靠等優勢，是實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。該項技術僅在我國個別地區試驗性應用，未來的研究重點是通過鉆孔與儲層的關聯強化、供熱系統效率的優化來提高單井每延米的取熱能力。
地熱清潔取暖產業發展建議
隨著經濟發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巨大，在數萬億元人民幣規模。隨著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能源消費市場。
在國家層面，政府把清潔取暖提高到國家生態安全的高度來看待，政策導向勢必不斷推動能源轉型和取暖方式的變革。此外，技術進步也為資源利用市場發展提供動力。清潔取暖技術與新風技術的融合，是現代建筑風氣的普遍追求目標，而這兩項技術都比較成熟。新興技術也為今后地下、地上結合形成高效可持續的清潔取暖成套技術體系，創造了支撐條件。未來，技術的不斷發展還將帶動資源類型的不斷擴展。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新的巨大發展空間。
我國地熱資源的開發利用在“政、產、學、研、用”的共同努力下進展迅速，成績斐然。但是，在地熱開發熱潮下，也產生了一系列問題，如管理政策不完善、發展方向不明確、人才不足等。
為促進地熱清潔取暖產業發展，筆者建議，首先應加強地熱能開發的頂層設計。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展的大局中去規劃。要在國家層面上，充分考慮我國各個地區的地熱稟賦與冷熱需求，做好宏觀規劃。同時，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，避免多頭管理。出臺優惠措施，鼓勵和保護企業實施地熱取暖;加強監管，對違法違規企業加大處罰力度，規范市場。
其次應明確地熱資源開發思路，“熱”“電”并舉、西“電”東“熱”——在高溫地熱豐富的西部地區優先發展地熱發電，在東部地區則優先發展地熱取暖;“深”“淺”結合、由“淺”及“深”——從淺層地熱資源開發，逐步深入;“干”“濕”有度、先“濕”后“干”——現階段不宜不計成本地開發干熱巖，而應優先用好水熱資源;“天”“地”合一、“動”“靜”結合——充分發揮“地熱+”的模式，與太陽能、風能等可再生能源互補聯動。
最后應全面推進人才隊伍建設。自20世紀70年代以來，我們已經培養了一批專業技術人才，為我國地熱產業發展做出了顯著貢獻。但我國地熱市場規模巨大，相關企業有數千家之多，隨著未來地熱清潔取暖市場的進一步擴大，從科研、管理到技術，人才匱乏現象愈發顯著。因此，高校和企業應當加大地熱專業人才培養力度，打造常態化和可持續化的人才培養體系，為地熱產業提供充足的人才支撐。
(作者系中國科學院院士)
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