国内外地热能开发及利用现状介绍

国内外地热能开发及利用现状介绍

中国能源网研究中心王鸿雁张葵叶

地热资源是在当前技术经济条件和地质条件下，能够从地壳内科学、合理地开发出来的岩石热能量、地热流体热能量及其伴生的有用组分。地热资源既属于矿产资源，也是可再生能源。目前可利用的地热资源主要包括：天然出露的温泉、通过热泵技术开采利用的浅层地温能、通过人工钻井直接开采利用的地热流体以及干热岩体中的地热资源。在全球各国积极应对气候变化，努力减少温室气体排放的背景下，近年来，全球地热能开发及利用取得较快发展，也越来越引起我国政府及企业的重视。

一、全球地热资源分布及利用

（一）全球地热资源分布

全球地热储量十分巨大，理论上可供全人类使用上百亿年。据估计，即便只计算地球表层10km厚这样薄薄的一层，全球地热储量也有约1.45×1026J，相当于4.948×1015吨标准煤，是地球全部煤炭、石油、天然气资源量的几百倍。[1]世界上已知的地热资源比较集中地分布在三个主要地带：一是环太平洋沿岸的地热带；二是从大西洋中脊向东横跨地中海、中东到我国滇、藏地热带；三是非洲大裂谷和红海大裂谷的地热带。这些地带都是地壳活动的异常区，多火山、地震，为高温地热资源比较集中的地区。[2]图1所示为全球地热资源集中分布带：

图1 全球地热资源集中分布带

来源：鹿清华, 张晓熙, 何祚云. 国内外地热发展现状及趋势分析[J]. 石油石化节能与减

排, 2012, 2(1): 39-42

（二）全球地热资源利用

地热资源按赋存形式可分热水型、地压地热能、干热岩地热能和岩浆热能四种类型；根据地热水的温度，又可分为高温型(>l50℃)、中温型(90～150℃)和低温型(<90℃)三大类。地热能的开发利用可分为发电和非发电两个方面，高温地热资源主要用于地热发电，中、低温地热资源主要是直接利用，多用于采暖、干燥、工业、农林牧副渔业、医疗、旅游及人民的日常生活等方面。此外，对于25℃以下的浅层地温，可利用地源热泵进行供暖、制冷。

根据2010世界地热大会的最新数据，2010年，全球有24个国家开发了地热发电项目，总装机容量10715MWe，年发电利用总量为67246GWh，平均利用系数为0.72；有78个国家开展了地热直接利用活动，总设备容量为50583MWt，年利用热能121696GWh，平均利用系数0.27。

表1 地热发电排名前10的国家

国家装机容量

（MWe）运行能量

(MWe)

总生产能量

(GWh/y)

运行率

(%)

运行机组

(套)

美国3093 2024 16603 0.94 209 菲律宾1904 1774 10311 0.66 56 印尼1197 1197 9600 0.92 22 墨西哥958 958 7047 0.84 37 意大利843 843 5520 0.75 33 新西兰628 628 4055 0.74 43 冰岛575 575 4597 0.91 25 日本536 422 3064 0.83 20 萨尔瓦多204 192 1422 0.85 7 肯尼亚167 167 1131 0.78 6

表2 地热直接利用排名前10的国家国家总生产能量GWh/y 主要利用方式

中国20932 直接供热、地源热泵、洗浴

美国15710 地源热泵

瑞典12585 地源热泵

土耳其10247 直接供热

日本7139 洗浴

挪威7001 地源热泵

冰岛6768 直接供热

法国3592 直接供热

德国3546 洗浴、直接供热

荷兰2972 地源热泵

数据来源：国家可再生能源中心

近年来，地热资源直接利用发展迅速，其中地源热泵是增长最快的利用方式，2010年世界地源热泵的设备容量为35236MWt（兆瓦热量），在五年间增长了2.29倍，平均年增长率为18.0%。世界地源热泵的应用集中在北美、欧洲和中国。美国的绝大多数机组按制冷荷载的峰值设计,可以涵盖全部供热需求（除北部的州），其平均运行2000小时供暖，利用系数0.23。欧洲的绝大部分机组按供暖基础荷载设计，并常考虑用化石燃料补充峰值荷载，这样的机组在北欧国家一年可运行6000小时，利用系数达0.68。从统计来看，冰岛和土耳其地热能的贡献最大，冰岛89%的房屋供暖来自地热能，土耳其地热供暖达到全国供暖面积的30%。[3]

2013年3月5日-8日，世界银行常务副行长英卓华在冰岛地热大会上号召世界各国的捐赠人、多边银行、政府及私营部门积极加入“全球地热开发计划GGDP”，期待可以在更好地管理并降低地热勘探钻井风险的同时，让目前处于边缘领域的地热能源发展成为主流能源，实现为数百万人供电的目标。GGDP的初步目标是筹集5亿美元鼓励发展中国家开发地热能源。

二、国内地热能开发利用现状

（一）中国地热资源分布

我国地热资源总量约占全球的7.9％，可采储量相当于4626.5亿t标准煤，是地热资源相对丰富的国家。我国的高温地热资源主要分布在藏南、滇西、川西以及台湾省。西藏高温热田主要集中在羊八井裂谷带，其中藏南西部、东部及中部约有108个高温热田，构成中国高温热田最富集的地带；云南是全国发现温泉最多的省，高温热田主要分布在怒江以西的腾冲-瑞丽地区，约20处；川西分布着8个高温地热区，为藏滇高温地热带的一部分。我国主要以中低温地热资源为主，中低温地热资源分布广泛，几乎遍布全国各地，主要分布于松辽平原、黄淮海平原、江汉平原、山东半岛和东南沿海地区，其主要热储层为厚度数百米至数千米第三系砂岩、砂砾岩，温度在40～80℃左右。从温泉出露的情况来看，我国主要有四个水热活动密集带：藏南-川西-滇西水热活动密集带；台湾水热活动密集带；东南沿海地区水热活动密集带；胶东、辽东半岛

水热活动密集带。[4]

图3 中国地热资源分布概况

来源：胡圣标, 何丽娟, 汪集.中国大陆地区大地热流数据汇编(第三版). 地球物理学报,

2001,44(05): 611-626,doi:

2009年至2011年，国土资源部在系统收集中国基础地质、地热地质、水文地质、城市地质、石油地质等已有资料的基础上，对地热资源潜力进行了重新评价。评价认为，中国浅层地温能资源量相当于95亿吨标准煤。每年浅层地温能可利用资源量相当于3.5亿吨标准煤。如全部有效开发利用则每年可节约标准煤2.5亿吨，减少二氧化碳排放5亿吨；全国沉积盆地地热资源储量折合标准煤8530亿吨；每年可利用的常规地热资源总量相当于6.4亿吨标准煤，每年可减少CO2排放13亿吨。中国大陆3000米至10000米深处干热岩资源总计相当于860万亿吨标准煤，是中国目前年度能源消耗总量的26万倍。我国现已查明287个地级以上城市浅层地温能、12个主要沉积盆地地热资源、2562处温泉区隆起山地地热资源。

（三）中国地热能利用现状

我国在两千多年前就开始利用地热资源，但真正意义上科学开发利用地热资源是从上世纪70 年代开始。经过四十多年的发展，已经形成以供暖、洗浴等直接利用方式和发电为主的地热资源开发利用格局。另外由于浅层地温能几乎不受资源限制并且技术日趋成熟，因此近几年利用地源热泵开发浅层地温能进行供暖和制冷在我国各地区

发展迅速。我国地热资源的开发利用促进了经济增长，产生了明显的经济、社会和环境效益。据国土资源部最新的数据资料，我国目前的地热资源用于发电的有4处，西藏有3处，分别是羊八井、那曲和朗久3个热田，总装机容量为25180kW，广东丰顺地区有一处，其装机容量为300kW，其余主要用于洗浴、医疗、养殖和农业大棚。

1、地热发电

地热发电是利用地下热水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术，有高温地热蒸汽发电和中低温地热水发电两种方式。1970年，中国科学院在广东省梅州市丰顺县汤坑镇邓屋村建起了发电量0.3MW的地热发电站，是我国第一座地热发电站。但真正意义上地热发电主要集中在西藏羊八井。

高温地热蒸汽发电

我国西藏南部经四川西部至云南西部，属于全球性地中海—喜马拉雅地热带的东段，带内有温泉1000余处，其中高于当地沸点的有81处。目前开发用于发电的仅羊八井地热田1处，完成勘探评价的有羊易地热田1处，其余丰富的高温地热资源仅在青藏铁路沿线的谷露、董翁、续迈、吉达果等10余处进行过详细勘查，所有这些勘查过的地热田其地热发电潜力为13.75×104kW。西藏地热资源普查估算的资源总量为2.99×108kW。[5]

20世纪70年代，我国开始利用高温地热资源发电，先后建成了西藏羊八井、那曲、郎久等7个地热发电站。然而，由于种种原因，到2010年，我国高温地热发电仅剩下羊八井电站。该电站维持总装机容量24.18MW，占拉萨电网总装机容量的41.5%，自1977年投产至2010年，已持续稳定运行了33年，年运行时间4500～6000小时，平均利用率为68%，累计发电量已超过24亿千瓦时，年发电量稳定在1亿千瓦时左右，约占藏中电网的10%。[3]

中低温地热水发电

中低温地热水发电主要是利用地下热水加热某种低沸点的有机工质推动汽轮机发电。我国20 世纪70 年代的中低温地热水发电已具备相当水平，创造了67℃世界最低温度发电的实例。近些年来，我国还在研究开发另一种中低温地热水发电技术，称为螺杆膨胀动力机。这一技术在国外也属于探索性的创新技术。我国自20 世纪80 年代起开始研究，制成了5kW的试验机组。1993 年又作为国家“八五”攻关项目开始工业试验机的技术研究。[5]2008年，国电龙源电力集团在羊八井采用双螺杆膨胀动力机技术新建了一个小型地热电项目，可以将地热水全部引入到动力机膨胀做功，地热水

在送入全流动力机前无需进行扩容和闪蒸等处理，能量的利用率有较大提高。该项目分两期建设，一期装机1兆瓦，于2009年8月投入运行，经一年多实际运行考验，到2010年底已累计发电量达560千瓦时。项目二期装机为1兆瓦，已于2010年5月开工。我国中低温地热资源丰富，如果螺杆膨胀动力机技术取得进一步成功，前景将非常广阔。

2、中低温地热水直接利用

地热直接利用是指不需进行热、电能量转换的地热利用，即地热非电利用。我国中低温地热直接利用主要在地热供暖、医疗保健、洗浴和旅游度假、养殖、农业温室种植和灌溉、工业生产、矿泉水生产等方面。并逐步开发了地热资源梯级利用技术、地下含水层储能技术等。随着近年来地源热泵的兴起，地热直接利用在全球地热能开发利用中的比重大幅提高，已远远超过地热发电。

根据上海证券报报道，截至2005年底，在全国地热水利用方式中，供热采暖占18.0%，医疗洗浴与娱乐健身占65.2%，种植与养殖占9.1%，其他占7.7%。到2010年,我国地热资源直接利用量达20932GWh，居世界首位。浅层地温能供暖（制冷）面积达到1.4亿平方米，地热直接供暖面积达到3500万平方米，洗浴和种植使用地热热量约合50万吨标准煤；各类地热能总贡献量合计500万吨标准煤。[3]

地热供暖

地热供暖是将地下热水经过一定的处理后送入换热器，加热供暖系统中水流，进而热水通过暖气片和地板对千家万户进行供暖。我国地热供暖主要集中在北方的北京、天津、西安、郑州、鞍山等大中城市以及黑龙江大庆、河北霸州、固安、牛驼镇等油区城镇，利用热泵技术开发利用60-100℃的中低温地热水、热尾水和浅层地热能。北方地热采暖，已取得良好的效果。

天津市浅层地热能资源十分丰富，多数热井可产出80~95℃的地热水，最高达103℃，最深的地热井为4000平方米。据国土资源报2011年报道，在天津有供暖小区140个，地热供暖面积达到1200万平方米，约占全市集中供暖总面积的10%，占全国地热供暖总面积的50%，是我国利用地热供暖规模最大的城市。

另外，陕西省的咸阳市和西安市，山东省的德州、东营、滨州、聊城等市，北京市以及河北省、辽宁、黑龙江等省的一些城市，也都有地热供暖利用。

医疗保健与温泉洗浴

地热水含有丰富的对人体健康有益的多种矿物质元素，具有较高的医疗保健价值，