俄乌冲突让隔岸添火的美国终是将火烧到了自己身上。为了摆脱化石燃料的束缚，“向地球要热”的号召又热起来了！

 美国能源部（DOE）于当地时间周四（28日）宣布，计划投资1.65亿美元推动地热能发电项目，利用石油和天然气行业的专业知识解决地热能领域的开发障碍，使美国摆脱化石燃料的束缚。

 根据一项最新的研究估计，仅在美国，地下岩石中的热量就可以产生超过5000吉瓦的发电功率。这差不多是目前美国所有发电厂装机的5倍。

 地热能目前在美国能源结构中所占比例不到1%。DOE指出，如果地热能得到充分利用，到2050年，其发电量将占美国总发电量的8.5%。

 早在2019年，DOE发表《地热愿景：驾驭我们脚下的热能》报告，对地热产业作出规划。时隔3年，DOE提出将首先提供1000万美元组建一个研究地热部门问题的专家联盟，然后在未来四年提供1.55亿美元用于该项目的研究，该项目被称为“石油和天然气示范工程下的地热能源”（GEODE）倡议。

 预热已久的地热能，这一次能否开始加热？

 在碳中和浪潮中，作为五大非碳基能源（太阳能、风能、水能、地热能、核能）之一的地热能，发展的速度却不“风光”。

 01什么是地热能？

 地热能大部分是来自地球深处的可再生性热能，它起源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。地球本身就像一个大锅炉，深部蕴藏着巨大的热能。地质移速的控制下，这些热能会以热蒸汽、热水、干热岩等形式向地壳的某一范围聚集，火山喷发、温泉和喷泉等都是地热的传播方式。还有一小部分能量来源于太阳，大约占总的地热能的5%，表面地热能大部分来自太阳。地下水的深处循环和自极深处的岩浆侵入地壳后，把热量从地下深处带至近表层。地热能的储量比人们所利用能量的总量多很多，大部分地热能集中分布在构造板块边缘一带，该区域也是火山和地震多发区。地热能不但是无污染的清洁能源，而且如果热量提取速度不超过补充的速度，那么它可以不断再生，取之不尽，用之不竭！

 我国地热资源丰富，市场潜力巨大，发展前景广阔。开发利用地热能不仅对调整能源结构、节能减排、改善环境具有重要意义，而且对培育新兴产业、促进新型城镇化建设、增加就业均具有显著的拉动效应。地热能通常分为浅层地热能、水热型地热能、干热岩型地热能。

 02地热资源的分布

 在一定地质条件下的“地热系统”和具有勘探开发价值的“地热田”都有其发生、发展和衰亡的过程，并不是只要往深处打井，就能发现地热。地热资源和其他矿产资源一样，有数量和品位的问题。就全球来说，地热资源的分布是不平衡的。明显的地温梯度每公里深度大于30℃的地热异常区，主要分布在板块生长、开裂—大洋扩张脊和板块碰撞，衰亡——消减带部位。

 （1）环球性的地热带主要有以下4个。

 ①环太平洋地热带。它是世界最大的太平洋板块与美洲、欧亚、印度板块的碰撞边界，即从美国的阿拉斯加、加利福尼亚到墨西哥、智利，从新西兰、印度尼西亚、菲律宾到中国沿海和日本。世界许多著名的地热田，如美国的盖瑟斯、长谷、罗斯福墨西哥的塞罗普列托新西兰的怀拉开；中国台湾的马槽日本的松川、大岳等均在这一带。

 ②地中海——喜马拉雅地热带。它是欧亚板块与非洲、印度板块的碰撞边界，从意大利直至中国的滇藏。世界第一座地热发电站意大利的拉德瑞罗地热田就位于这个地热带中。中国的西藏羊八井及云南腾冲地热田也在这个地热带中。

 ③大西洋中脊地热带。它是大西洋板块的开裂部位，包括冰岛和亚速尔群岛的一些地热田。

 ④红海一亚丁湾一东非大裂谷地热带。它包括肯尼亚、乌干达、刚果、埃塞俄比亚、吉布提等国家的地热田。

 （2）我国地热资源

 我国地热资源丰富，分布广泛。全国已发现地热点3200多处，打成的地热井2000多眼，其中具有高温地热发电潜力的有255处。

 浅层地热能。中国地热能发展报告显示，中国大陆336个主要城市浅层地热能年可采资源量折合7亿吨标准煤，可实现供暖（制冷）建筑面积320亿平方米，其中黄淮海平原和长江中下游平原地区最适宜浅层地热能开发利用。

 水热型地热资源。我国水热型地热资源总量折合标准煤１.２５万亿ｔ，中国大陆水热型地热能年可采资源量折合18.65 亿吨标准煤（回灌情景下）。我国水热型地热资源以中低温为主，高温为辅。受构造、岩浆活动、地层岩性、水文地质条件等因素的控制，水热型地热资源分布有明显的规律性和地带性，依据构造成因可分为沉积盆地型和隆起山地型地热资源。

 隆起山地型中低温地热资源。主要分布于东南沿海、胶东、辽东半岛等山地丘陵地区。隆起山地型高温地热资源主要分布在我国台湾和藏南、滇西、川西等地区。由于我国地处环太平洋板块地热带的西太平洋岛弧型板缘地热带以及地中海－喜马拉雅陆－陆碰撞型板缘地热带的交汇部位，受构造活动的控制，该区域孕育有大量的水热活动，是我国最主要的高温温泉密集带。西南地区水热型地热资源年可采量折合标准煤1530万ｔ，高温地热资源发电潜力712万ｋＷ。

 干热岩资源。干热岩在地球内部普遍存在，但有开发潜力的干热岩资源分布在新火山活动区、地壳较薄地区等板块或构造体边缘。我国陆区地下３～１０ｋｍ 范围内干热岩资源量折合标准煤８５６万亿ｔ。根据国际干热岩标准，以其２％作为可开采资源量计，约为２０１５年全国能源总消耗量的４０００倍。鉴于干热岩型地热能勘查开发难度和技术发展趋势，埋深在5500米以浅的干热岩型地热能将是未来15~30年中国地热能勘查开发研究的重点领域。

 03我国地热能开发现状

 1、浅层地热能开发情况

 中国浅层地热能利用起步于20世纪末，伴随绿色奥运、节能减排和应对气候变化行动，浅层地热能利用进入快速发展阶段，2015年起浅层地热能利用规模开始居世界第一。“十三五”期间，我国建设了一批重大的浅层地热能开发利用项目，浅层地热能技术的成熟性和可靠性得到验证和认可。

 北京世界园艺博览会采用深层地热+浅层地热+水蓄能+锅炉调峰方式，为29万平方米建筑提供供热制冷服务；北京城市副中心办公区利用地源热泵+深层地热+水蓄能+辅助冷热源，通过热泵技术，率先创建“近零碳排放区”示范工程，为237万平方米建筑群提供夏季制冷、冬季供暖以及生活热水；北京大兴国际机场地源热泵系统作为“绿色机场”的重要组成部分，为大兴机场257万平方米建筑提供冷、热能源等。

 截止2019年底，全国浅层地热能开发利用规模为8.4亿平方米，主要分布在北京、天津、河北、辽宁、山东、湖北、江苏、上海等省市的城区。

 地热直接利用的年利用能量世界第一，占世界的29.7%；地热直接利用的设备容量世界第一，占世界的25.4%；地源热泵年利用浅层地热能量世界第一，占世界的30.9%；地热供暖年利用量世界第一，占世界的38.2%。水热型地热能开发情况。

 2、水热型地热能开发情况

 水热型地热能利用是中国地热产业主力军。我国开发利用水热型地热供暖已有上千年的历史，改革开放后尤其是近年来，水热型地热供暖的开发利用在规模、深度和广度上都有很大发展。近10年来，中国水热型地热能直接利用以年均10%的速度增长，已连续多年位居世界首位。中国地热能直接利用以供暖为主，其次为康养、种养殖等。据不完全统计，截至2017年底，全国水热型地热能供暖建筑面积超过1.5亿平方米，其中山东、河北、河南增长较快。

 中国地热能发电始于20世纪70年代，1970年12月第1台中低温地热能发电机组在广东省丰顺县邓屋发电成功。目前，我国地热发电已建总装机容量53.45MW，目前运行容量46.46MW，已停运容量5.79MW，已拆除容量1.2MW。

 3、干热岩型地热能资源勘查开发情况

 干热岩型地热能是未来地热能发展的重要领域。美国、德国、法国、日本等国经过20—40年不等的探索研究，在干热岩型地热能勘查评价、热储改造和发电试验等方面取得了重要进展，积累了一定经验。相比而言中国起步较晚，2012年科技部设立国家高新技术研究发展计划（863计划），开启了中国关于干热岩的专项研究。2013年以来中国地质调查局与青海省联合推进青海重点地区干热岩型地热能勘查，2017年在青海共和盆地3705米深处钻获236℃的干热岩体，是中国在沉积盆地区首次发现高温干热岩型地热能资源。

 04前景一片热烈的地热能，为何不够热？

 原因在于，全球地热能开发的主要用途是供暖为主，发电利用较少。据悉，全球直接利用地热能的国家数量不断增加。2020年直接利用地热能的国家/地区已有88个。我国对地热能的直接利用主要集中在供暖、制冷、养殖、洗浴等方面。自2000年以来，我国地热能直接开发利用量连年增长，位居世界第一，成为绿色低碳发展的重要组成部分。

 因此，只是地热发电不够热。

 中国石化经济技术研究院调研室主任罗佐县直言：“受资源可获得性成本较高等因素影响，地热发电总体较为滞后，这是个世界范围的普遍现象。”

 全球地热发电利用率不足15%，首要原因是前期勘探开发投入较高，无法短期内实现地热能利用的成本效益。

 从全球资源分布情况看，目前适于地热发电的高温资源分布多与风力、太阳能资源分布呈区域叠加态势，为其在工业化、现代化环境下的产业化协同提供了难得的条件。

 “据目前的勘查，高温地热资源主要集中在滇藏、四川和京津冀等地，这些地区恰恰也是风力、太阳能和水力资源富集区。能源双控改为碳排放双控后，目前具备条件的地区发展地热的积极性肯定会较之前有所增强，推动地热发电产业快速发展的条件正在逐步具备。”罗佐县介绍。

 不仅如此，顶层设计也在不断完善，为其发展指明方向——因地制宜开发利用地热能。

 去年，国家发展改革委等8个部门发布《关于促进地热能开发利用的若干意见》提出，到2025年，地热能供暖（制冷）面积将比2020年增加50%；在资源条件好的地区，建设一批地热能发电示范项目，全国地热能发电装机容量比2020年翻一番；到2035年，地热能供暖（制冷）面积及地热能发电装机容量力争比2025年翻一番。

 我国地热能开发利用正转向热电一体化方向。不过，地热产业整体处于发展初期，后发优势必然会被进一步激发出来。

 因此，罗佐县建议：“当前地热发电还需要做大量的勘查与基础投入，面临初始投资大的挑战，面临系列成本制约，所以在发展初期予以必要的财税价格政策支持是非常有意义的。发展初期的困难解决了，待其发展起来之后可以考虑逐步去补贴。”

 05相关建议

 1、开展地热能发电关键技术和成套装备研发

 开展中低温发电技术和经济可行性研究。150℃及以下温度下开发地热资源发电的技术和经济可行性方面的机遇和挑战；开展可快速膨胀/压缩的低成本、高效的中低温地热发电的新型工质热交换流体等。攻关干热岩地热能发电关键技术和成套装备；地热能发电与其他可再生能源一体化发展技术等，为今后地热能发电的规模化发展奠定技术储备。

 2、开展干热岩高效开发关键技术研究

 由于干热岩具有强度大、温度高等特性，高效安全成井已成为干热岩高效开发的技术瓶颈，亟待攻关。在研究干热岩地质特征和资源禀赋的基础上，结合干热岩的开发技术特点，解决深层、高温、硬质和易失稳地层的钻井问题。

 3、开展单井抽回灌两用系统研究

 针对增强单井取热能力的措施和新型单井结构设计方面，开展同井采注、分支井增加换热面积、大尺寸井眼换热、激发井下扰流强化对流换热等，多措施下提高换热效率的研究工作。

 4、开展降低成本提高钻效的地热钻井工程技术研究

 开展地热深井硬岩中开展气动和液动潜孔锤钻井技术研究，包括钻机、钻头和冲击器等与岩石的适应和匹配性；风量、风压、钻井液泵量、钻压等参数与钻速、地下水出水量以及井壁的相关性；井壁稳定等相关技术研究。

 5、开展保护储层的钻井和完井工程技术研究

 开展储层保护的钻井技术研究，特别是欠平衡（近平衡）钻井技术；提高井筒与储层接触面积的钻完井技术，包括：定向钻井技术、洗井技术和工艺、完井技术，包括射井、压裂、爆破等。

 地热能作为蕴藏在地球内部的可再生能源，储量丰富、分布较广，有着稳定可靠等优势。国家能源局印发的《关于促进地热能开发利用的若干意见》中提出，到2025年，各地基本建立起完善规范的地热能开发利用管理流程，全国地热能开发利用信息统计和监测体系基本完善，地热能供暖（制冷）面积比2020年增加50%，在资源条件好的地区建设一批地热能发电示范项目，全国地热能发电装机容量比2020年翻一番；到2035年，地热能供暖（制冷）面积及地热能发电装机容量力争比2025年翻一番。

 大力推动清洁高效、节水环保的地热能因地制宜、有序开发和综合利用，对于促进能源清洁低碳发展、推动碳达峰、碳中和目标实现，具有重要意义。