武漢中地地熱資源勘探開發(fā)有限公司

中國是世界上最早開發(fā)利用地熱資源的國家之一，早在春秋戰(zhàn)國時期便有溫泉洗浴的記載。但直到目前我國的地熱資源的開發(fā)利用方面仍大多采用祖輩世代相傳的洗浴、保健、養(yǎng)殖、采暖、制冷等直接利用方式，而利用地熱發(fā)電的占比很小。地熱直接利用雖然簡便，但資源利用率低，平均不到30%。而現(xiàn)代化的地熱發(fā)電利用率可達90%以上。

1904年意大利人首次利用地熱蒸汽發(fā)電機點燃了4盞電燈泡，并于1913年建成了世界上第一個商業(yè)性的地熱能發(fā)電站，揭開了人類利用地熱發(fā)電的篇章。隨后，新西蘭、墨西哥、美國、日本、俄羅斯（前蘇聯(lián)）、冰島、中國等國相繼利用地熱發(fā)電。

1960年美國在距離舊金山以北117km的蓋瑟斯火山區(qū)建成第一個地熱發(fā)電站，這一地區(qū)現(xiàn)在已經(jīng)建成350多口地熱井22個地熱電站，總裝機容量為1517MW。

中國第一個地熱發(fā)電站于1970年在廣東豐順動工，當年年底建成投產(chǎn)，裝機容量300k W。稍后又在江西宜春、河北懷來、山東招遠、廣西象州、湖南寧鄉(xiāng)和遼寧蓋州等地相繼建成了6座裝機容量為100~300k W的中低溫地熱電站，并在西藏的羊八井、郎久和那曲建造了三座MW級的中高溫地熱電站。然而，全國目前在運行的地熱發(fā)電總裝機容量基本上全部來自1975年投產(chǎn)隨后幾度擴容的西藏羊八井地熱電站。

美國建造第一個地熱電站僅比中國早10年，但美國現(xiàn)有80余座地熱發(fā)電廠，總裝機容量為3386MW，比中國高出140倍。不僅如此，據(jù)美國地熱協(xié)會最近發(fā)布的報告表明，美國目前已經(jīng)確認的在建地熱發(fā)電項目裝機容量為2511~2606 MW。

除了美國和意大利以外，菲律賓、印度尼西亞、墨西哥、新西蘭、冰島和日本等國也是地熱能源開發(fā)大國。目前全世界利用地熱能發(fā)電的國家共有24個，在運動的地熱發(fā)電總裝機容量為11.45G W。美國位居全球第一，中國位居第18位。

縱觀國際和國內(nèi)地熱資源開發(fā)利用的歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，提出了加快我國地熱資源勘探開發(fā)的4條建議供學界和政府決策部門參考。

地熱能源開采摸清家底，科學規(guī)劃

建議強化鉆孔地溫測量和大地熱流測試，開展地殼熱結(jié)構(gòu)分析等基礎(chǔ)地熱研究，通過立法和制定行業(yè)規(guī)范，構(gòu)建國家地熱數(shù)據(jù)庫，為科學規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支撐，以避免政府部門或行業(yè)制定規(guī)劃時脫離實際，減小地熱能源開發(fā)的風險性。為了對地熱能源開發(fā)潛力做出客觀評價，美國能源部委托麻省理工學院牽頭，組織了由12個單位18位專家參加的研究組，全面細致地分析了地熱能源開發(fā)的方方面面，進而令人信服地對資源潛力進行了評估。最近我國地熱工作者也評估了我國大陸地熱資源潛力，得出了~10km深地熱資源可采量相當于2010年全國總能耗的4400~5300倍的結(jié)論，但是中美兩國地熱能源開發(fā)潛力評價的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)存在著重大差距。比如，大地熱流量是評估地熱能源儲量的一個重要參數(shù)，雖然中美兩國國土面積相當，但美國已經(jīng)取得了58000多個大地熱流數(shù)據(jù)，而目前公開發(fā)表的中國大陸地區(qū)熱流數(shù)據(jù)還不足1200個。

建議結(jié)合正在實施和即將實施的國家重大地學項目，加速開展地熱基礎(chǔ)研究和地熱能源開發(fā)實驗。比如，在“地殼探測工程”重大專項中設(shè)立大地熱流和巖石圈熱結(jié)構(gòu)探測子工程，系統(tǒng)探測地下不同深度溫度分布和大地熱流的變化特征，探索地球內(nèi)部能量的產(chǎn)生和運移機理，著重研究地熱資源的形成條件和分布規(guī)律，客觀評估我國高溫地熱能源開發(fā)潛力。此外，還應(yīng)該盡快建立國家地熱數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，切實落實地熱相關(guān)數(shù)據(jù)的社會共享，拆除個人和單位的資料壁壘。國家地熱數(shù)據(jù)庫的建立不僅有利于提高地熱能源勘探效率和發(fā)現(xiàn)隱伏地熱田，減小投資風險，吸引地熱投資，而且還將有利于提升科學數(shù)據(jù)的經(jīng)濟和社會價值，提高科技工作者的社會責任感和科學嚴謹精神。

地熱能源開采東西同行，干濕兼顧

這里的“東西”指東部和西部地區(qū)，“干濕”則指干熱巖和常規(guī)水熱系統(tǒng)。我國超過100℃的高溫熱泉大多分布在西藏、四川和云南西部邊陲，毋庸置疑，西部地區(qū)具有豐富的水熱地熱資源。東部地區(qū)雖然缺乏高溫熱泉，但不乏中低溫溫泉，而且新生代火山活動強烈，尤其是在東北地區(qū)，包括長白山火山、五大連池火山、鏡泊湖火山、錫林火山、大同火山等在內(nèi)的第四紀火山群密集分布?；鹕絿姲l(fā)是炙熱巖漿由地殼或上地幔深處向地表運移的結(jié)果，必然伴隨著地球內(nèi)部熱量向地殼淺層的轉(zhuǎn)移與富集。不僅如此，我國東部還廣泛分布著大規(guī)模的花崗巖體。地球內(nèi)部巨大的熱量約一半來自于地球形成過程中積累的行星演化余熱，另一半則來自于巖石中鈾、釷、鉀放射性同位素的衰變。而在地殼各類巖石中，花崗巖的放射性元素含量最高、生熱率最大。強烈的新生代火山活動和廣泛分布的花崗巖體預(yù)示著我國東部可能存在豐富的干熱巖資源。在繼續(xù)扶持西部高溫水熱系統(tǒng)地熱資源開發(fā)的同時，應(yīng)該重視能源需求旺盛的東部地區(qū)干熱巖增強 型地熱系統(tǒng)的開發(fā)潛力。

目前地學界對于地熱資源的認識可能存在兩個誤區(qū)：一是認為我國地熱資源以中低溫為主，二是認為位于喜馬拉雅— 地中海地熱帶的西部邊陲是我國僅有可以發(fā)展地熱發(fā)電的地區(qū)。造成這兩個誤區(qū)的同一根源是簡單地把地熱資源等同于常規(guī)地熱水熱系統(tǒng)，忽視了地下深處高溫巖石巨大的能源開發(fā)潛力。具有地表高溫水熱活動的西藏、四川和云南西部地區(qū)固然是我國重要的地熱帶，但中國大陸地區(qū)大地熱流分布具有東高西低的區(qū)域特征，東部地區(qū)具有強烈的新生代火山活動和大量的花崗巖體及溫泉分布，其深部高溫地熱資源的開發(fā)潛力不容低估。我國西部邊陲人煙稀少，能源需求相對較低。這些地區(qū)地熱自然景觀的第三產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟價值不亞于地熱能源開發(fā)的經(jīng)濟價值，而且地熱能源開發(fā)還面臨與風電、太陽能發(fā)電和小水電的競爭。相比之下，我國東部地區(qū)人口密度大、經(jīng)濟活動強盛、能源非常短缺，因而迫切需要發(fā)展原地新能源，且應(yīng)該成為我國開發(fā)深層高溫地熱資源的首選 地區(qū)。

地熱能源開采盆山并重，工程示范

從資源儲藏到勘探開采技術(shù)，油氣資源與地熱資源一脈相承，以油氣工業(yè)帶動地熱產(chǎn)業(yè)順理成章。我國沉積盆地尤其是東部含油盆地如松遼盆地和華北盆地，地溫梯度大，地熱資源豐富，地球科學界習稱“熱盆”。熱水是許多油氣田的副產(chǎn)品，油熱聯(lián)產(chǎn)潛力巨大。此外，老油田區(qū)具有地熱開采所需要的地質(zhì)、地球物理和地球化學資料，油田廢棄鉆孔可以改造用于地熱開發(fā)。還可以利用油田設(shè)施、技術(shù)、資料高效開展EGS實驗。

火山活動是最強烈的地熱顯示，勝過于任何水熱顯示。無論是天然的水熱系統(tǒng)還是增強型地熱系統(tǒng)，新生代火山活動構(gòu)造區(qū)都是高溫地熱能源開發(fā)最具吸引力的地區(qū)，因為這些地區(qū)在相對較小的深度內(nèi)就能獲得很高的溫度。實際上，世界上MW級的大型地熱發(fā)電廠大多建造在火山活動區(qū)。要推動我國地熱能源開發(fā)快速發(fā)展，亟須在我國東部地區(qū)特別是在東部新生代火山活動構(gòu)造區(qū)探測巖石圈熱結(jié)構(gòu)，查明地熱資源儲量。由麻省理工學院牽頭編寫的評估報告《地熱能源的未來 —21世紀增強型地熱系統(tǒng)對美國的作用》發(fā)表以后，美國能源部高度重視，已經(jīng)斥重資致力于與產(chǎn)業(yè)界密切合作打造多個EGS示范工程。

比如位于俄勒岡州的紐貝里（Newberry）EGS示范工程預(yù)算為4380萬美元，其中能源部資助2145萬美元，其余由企業(yè)Alta Rock能源公司承擔。中國的地熱能源產(chǎn)業(yè)目前還不成規(guī)模，更需要政府給予大力扶持。建議盡快在我國東部地區(qū)選址啟動地殼深部高溫發(fā)電示范工程，檢閱我國深部高溫地熱能源開發(fā)綜合實力，充分展示地熱新能源的巨大開發(fā)潛力，孵化和引導我國規(guī)?；責嵝履茉串a(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，其對于擺正地熱新能源的地位，以及促進國家新能源的協(xié)調(diào)發(fā)展將具有深遠意義。

地熱能源開采內(nèi)聯(lián)外合，跨越發(fā)展

在國內(nèi)新能源行業(yè)中，地熱是弱勢，地熱學界和產(chǎn)業(yè)界需要抱團取暖。在國際地熱能源產(chǎn)業(yè)中，中國也是弱勢。雖然早在上世紀70年代初中國便開始利用地熱發(fā)電，但過去30多年，當國際上地熱能源開發(fā)和發(fā)電技術(shù)特別是干熱巖開發(fā)及隨后出現(xiàn)的增強型地熱系統(tǒng)技術(shù)高速發(fā)展的時候，中國的地熱資源開發(fā)卻幾乎完全沉浸在傳統(tǒng)的中低溫水熱系統(tǒng)的直接利用中，地熱能源（發(fā)電）開發(fā)基本上停滯不前，且已經(jīng)嚴重落后。要趕超世界地熱能源開發(fā)的先進水平，除了需要整合國內(nèi)相關(guān)單位和企業(yè)的人力、物力和財力，加快地熱專業(yè)人才培養(yǎng)以外，還需要積極開展國際合作，盡快引進國外的先進地熱資源理念和開發(fā)技術(shù)。內(nèi)聯(lián)外合，直面挑戰(zhàn)，充分發(fā)揮產(chǎn)學研優(yōu)勢，中國地熱學界和產(chǎn)業(yè)界才能抓住機遇，實現(xiàn)跨越發(fā)展，讓地熱資源更好地為中國社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展加溫，為人類造福。

地熱資源勘探方法有地球物理方法和地球化學方法兩大類。地球物理方法有地表溫度測量、熱流測量及電法、重力、磁力和地震勘探。它和其他資料(地質(zhì)、地球化學的)綜合起來，能使孔位較準確地定在理想的位置上。地球化學是地熱普查勘探中最便宜和最有效的工具之一。它的任務(wù)是分析天然熱泉或沸泉的化學成分，從而為確定是否要進行鉆探提供重要指導。鉆探后，直至熱田開發(fā)，化學探測也始終是了解地熱田的重要手段。

為了評價地熱資源，選擇和確定計算參數(shù)是十分重要的。待定參數(shù)的內(nèi)容包括:熱儲層的埋深；熱儲溫度；熱儲面積；熱儲厚度；滲透率；熱儲的平均熱容量、孔隙度和容積系數(shù)；放熱量等。根據(jù)這些參數(shù)，就可以采用常見的評價方法(地表熱流量法、平面裂隙法、巖漿熱平衡法、體積法或斷面流量法)來評價地熱資源 。