中科院庞忠和：地热开发利用新时代，从雄安起

地球的地热总能量虽然巨大，但其分布很不均匀，要想加以经济合理的有效利用，需要找到资源聚集地，进行清晰的地热资源成因模式研究、准确的地热资源储量评价研究，不断开辟新的资源储备。这是地热资源规模化可持续利用的基础。

冬季是华北地区雾霾频发的时期，清洁取暖是从源头上治理雾霾的关键一环。华北地区地热资源丰富，其中京津冀地区为丰富。“大华北要看京津冀，京津冀要看雄安新区”，雄安新区的地热是如何形成的？资源量多大？能满足多大规模供暖需求？是不是可再生的？如何可持续？会不会污染环境？

21世纪以来，我国集中开展了大型岩溶热储评价与开发关键技术研究。理论模型和现场实践结果均表明，华北地区广泛分布的碳酸盐岩储层中发育的大型岩溶热储，规模大，地热资源品质优，可以实施采灌平衡的大规模开发利用，属罕见，可以支撑地热供暖形成产业，替代燃煤，缓解该地区雾霾。

中科院的地热团队在华北地区开展了长期的地热研究。“六五”计划期间（1981年—1985 年），开展了系统的地温测量和大地热流测试，收集整理了石油勘探的地热资料，圈划出相对高温区域，开展地温场的数学模拟，探讨了该地区的构造—热演化特点。20 世纪90 年代，开展了冀东油田地热资源研究。“十一五”期间（2006年—2010 年），开展了华北地区深部煤矿山热害防治研究，针对煤层与碳酸盐岩热储组合结构，研究热量聚集与热害形成机理与分布特点。“十二五”期间（2011年—2015 年），开展了渤海湾盆地二氧化碳地质封存中的地热问题研究、典型热储成因分析与开发利用技术研究、大型岩溶热储对规模化开采的响应研究。此外，还有“华北克拉通破坏的地热模型制约”等基础性研究工作。

基于长期的研究，发现雄安新区地下蕴藏着极其丰富的地热资源。仅就地下3000米以浅的经济深度而论，就有三类地热资源和热储层可供利用。类是浅层地热能（位于地下200米以浅），可与地源热泵技术相结合，达到节能目的。地源热泵供暖效率通常比普通空调高4倍，比空气源热泵高2倍。此类地热资源的利用，采用地埋管换热方式，不破坏环境，节电、节煤*。雄安新区浅层地热能在地下空间合理调配的基础上比较适合利用。第二类是砂岩热储（位于地下200米至3000米深度范围内），可以采用抽水加回灌的方式利用，可用于供暖或供热，替代燃煤，减缓雾霾。

不过，此类热储层有一定局限性，主要缺点是有一些地区回灌比较难，平均只有30%回灌率，即每开采100立方米热水，只有30立方米左右可以顺利回灌到地下。剩下的部分，若排放到地表水体，则会带来污染，达不到清洁能源的要求。因此，此类资源应该慎用，可以实行以灌定产的政策加以调控。第三类是碳酸盐岩热储（位于地下1000米至3000米深度范围内），其中的中、晚元古界岩溶（喀斯特）特别发育，形成大型岩溶热储，可用于供暖或供热。在雄安新区，广泛分布着元古界雾迷山组白云岩热储，总厚度可达数千米，千米深处的温度在60摄氏度以上。其优点是出水量大，尾水可以100%回灌到地下，实现循环利用。

雄安新区以上三种类型地热资源都很丰富，如何持续开发利用呢？需要依靠*地热开采关键技术及示范工程。

地热资源开发利用技术经历了两代演变。代技术的基本特征是直采、直供、直排，但由于环保水准很低，现已放弃不用。第二代技术是采灌结合、用热不用水，环保水准很高，已经得到各地的重视和推广应用。在我国，浅层地热能的利用技术比较成熟。只要抓好严格监管等工程质量控制措施，大部分地方可以使用。实践中，一般鼓励地埋管模式的土壤源热泵系统，限制需要抽水的地下水源热泵系统，以保护珍贵的地下水资源。对于中深层砂岩热储，在回灌条件好的地方，普遍采用第二代技术，回灌技术也在不断进步中。对于基岩中的岩溶热储，逐步形成了规模化、产业化的地热开发利用技术体系，并进行了应用实践。

雄县地热供暖示范工程基于政产学研用相结合的方式，实现了地热利用率和接近*高水准的清洁能源利用双重目标，迄今已经平稳运行了8年。2014年年初，国家能源局开始把雄县地热供暖的示范项目向北方地区推广。

在过去20年里，我国地热资源直接利用总量一直处于*行列，目前还比美国高1倍以上。同时，一般供热系统的主体设备都是国产化的，因而技术基础较好。在尾水回灌技术上，通过持续探索，形成了可支持规模化开发利用的热储回灌技术系列。雄县地热田回灌始于2010年，地热尾水的回灌避免了地表排放带来的污染，也有效地减缓了热储压力的下降。

雄安新区地热开发如何可持续？采灌井的合理布局和井距是地热田优化开采极为关键的两方面内容，关系到企业的生产成本和热田的使用寿命。为此，研究团队建立了一套用于评价热田合理布局和井距的方法，雄县地热田在对井模式下，采灌井井距为400米。



为实现更快的技术进步和更大范围的推广应用，建议将地热资源利用纳入大气污染防治的总体规划之中。采取必要政策措施与资金扶持，引导地方加大推广力度，出台优惠政策，鼓励各类企业积极参与，提升开发效率和水平，逐步形成和发展绿色地热能源产业。

同时，进一步加强地热资源勘查，查清更深层地热储层发育状况和地热资源开发利用条件。在雄县模式的基础上，雄安新区应该立足于高起点、高标准、高水平的地热资源开发利用；在容积率比较低的住宅区，可采用浅层地热能供暖，地源热泵是新型节能技术，在地下空间合理协调的前提下，应该充分加以利用；在集中办公区域宜采用中深层地热能供暖。

依托地热，多能互补。一方面，加强地热系统运行的长期动态监测和定量化热储模拟；另一方面，对于砂岩热储和岩溶热储开发利用条件稍差的地方，开展储层改造技术研发和试验。同时，鼓励探索以地热能为主体，多种清洁能源融合的“地热+”第三代技术的研发与应用示范。

（作者为中国科学院地热资源研究中心主任庞忠和。中国石油报记者根据其在2018第三届中国地热产业发展与地源热泵创新技术大会上的发言整理。本文有删减。）



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