1970年緊隨李四光倡導中國地熱能開發(fā)利用的號召，從水文地質(zhì)轉(zhuǎn)入了地熱隊伍。我當初不到30歲，如今已成了“八零后”。作為中國的“第一代”地熱人，經(jīng)歷了中國地熱事業(yè)的全過程，我愿意回顧這不尋常的五十二年經(jīng)歷，來談一下對今后中國地熱前景的預想。

1. 新能源曾經(jīng)的先驅(qū)

1.1 地熱開發(fā)早于其它可再生能源

20世紀70年代世界第一次石油價格危機，引發(fā)各國政府探尋新能源。我國地質(zhì)部長李四光教授倡導開發(fā)利用地熱能，他指出：“地下熱能的開發(fā)與利用，是個大事情。這件事，就像人類發(fā)現(xiàn)煤炭、石油可以燃燒一樣。這是人類歷史上開辟的一個新能源，也是地質(zhì)工作的一個新領(lǐng)域”。

李四光是國際知名地質(zhì)學家，他的看法真是高瞻遠矚。當時世界上新能源的態(tài)勢，地熱能已表現(xiàn)出驕人的先驅(qū)業(yè)績，世界第一個地熱發(fā)電的意大利當時裝機335兆瓦，世界第二個地熱發(fā)電的新西蘭當時裝機192兆瓦，世界第三個地熱發(fā)電的美國當時裝機521兆瓦，這3個國家的地熱發(fā)電總裝機已達1048兆瓦。如果比較一下，當時世界風電裝機不及地熱的30%，太陽能發(fā)電僅地熱的1‰(圖1)。但后來2002年和2007年風力和太陽能分別超越了地熱。

圖1 地熱、風力和太陽能發(fā)電進程對比(據(jù)李克文)

中國地熱當時轟轟烈烈掀起了第一次高潮：1970年廣東省豐順縣地熱發(fā)電成功，使中國成為世界第8個地熱發(fā)電國家。70年代全國建成7處中低溫地熱發(fā)電廠，西藏羊八井高溫地熱發(fā)電成功。北京城區(qū)勘探發(fā)現(xiàn)地熱田，地熱用于供暖、醫(yī)療、溫室和水產(chǎn)養(yǎng)殖等。天津地熱會戰(zhàn)地熱綜合利用赫然成為了全國前來學習的榜樣。遺憾這第一次高潮維持不到10年，因為沒有地熱產(chǎn)業(yè)的支撐，事業(yè)單位、大學和研究所在完成研究報告后，就逐漸退出了舞臺。

1.2 地熱能的優(yōu)勢召喚起行業(yè)發(fā)展

所有可再生能源都是極低的碳排放量，然而地熱能更具吸引人的優(yōu)勢，因為其它可再生能源都有間歇性和波動性，能量密度也較分散低位，但地熱發(fā)電可承擔基礎(chǔ)負荷，高溫地熱的能量密度大。世界能源理事會統(tǒng)計當今世界同樣裝機容量的發(fā)電設(shè)備，風電一年平均運行1840小時，太陽能平均運行1230小時，但地熱可平均運行6300小時，我國新建的西藏羊易地熱電站一年運行8500小時(全年共8760小時)，即地熱的能力系數(shù)高達0.72~0.97，與核電相當，高于火電。

地熱能的優(yōu)勢說明了運營地熱可以得到更大收益，這無疑就吸引了能源投資商選投地熱能的興趣，從而促進了市場經(jīng)濟下中國地熱行業(yè)的發(fā)展壯大。

1.3 強大產(chǎn)業(yè)隊伍是行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)

70年代中國第一次地熱高潮的沒能持久，就是因為沒有地熱產(chǎn)業(yè)的支撐。我國改革開放實施市場經(jīng)濟后，地熱產(chǎn)業(yè)隊伍才逐漸形成，并得以發(fā)展壯大。在市場經(jīng)濟初期“摸著石頭過河”之后，90年代中期起開發(fā)商投資溫泉休閑娛樂，適應(yīng)了社會大眾的需求，快速得到市場回報，于是從京津和沿海掀起了溫泉開發(fā)熱，帶動了地熱行業(yè)的快速形成。1995年我國地熱直接利用的熱量進入世界排名的第二位，是當時世界第一冰島的80%。

20世紀末，在世界發(fā)達國家已大發(fā)展的地源熱泵引入中國。這種節(jié)能減排的新事物因技術(shù)門檻相對較低，利潤回報較高，經(jīng)北京、沈陽等地的試點開發(fā)，迅速形成熱潮，席卷全國。與之相應(yīng)，是產(chǎn)業(yè)隊伍迅猛發(fā)展，從而更支持了地源熱泵(地熱)產(chǎn)業(yè)的壯大。2000年我國地熱直接利用的熱量比1995年猛增85%，躍居世界排名第一，比世界第二、第三的美國和冰島均高55%。這是產(chǎn)業(yè)隊伍的強大支撐了行業(yè)的大發(fā)展。

2. 地熱為什么走不快

2.1 走向世界的中國地熱在國內(nèi)的囧景

中國自2000年拿下地熱直接利用世界第一后，迄今一直保持，并進一步發(fā)揚光大，在此后的每5年統(tǒng)計中，中國的5年增長率依次為44%、66%、131%和154%，2020年中國地熱直接利用的熱量占世界總量的43.4%，絕對穩(wěn)居世界霸位。

但是，在國內(nèi)的可再生能源發(fā)展大潮中，地熱始終只是不起眼的小弟弟。我國“十一五”國家重點支持風能，風力發(fā)電增加了670倍;“十二五”國家重點支持太陽能，太陽能發(fā)電增加了100倍;然而“十三五”國家重點支持地熱能，地熱發(fā)電僅增加了46%，只完成了計劃指標的4%。

2.2 資源條件制約了決策者

為什么中國地熱發(fā)電壯大不起來呢?政府高層決策者常說的一句話是“你地熱那點量太小了”，這確實有一定道理。

雖然中國地熱資源評價給出了水熱型地熱資源儲量折合8530億噸標準煤，但這些儲量大多是中低溫地熱資源，還不代表全能取出，作為利于發(fā)電利用的高溫地熱資源30年發(fā)電潛力僅8459兆瓦(2020年全國太陽能發(fā)電裝機已87300兆瓦)，而且很多高溫地熱資源分布在交通條件較差的西藏、滇西山區(qū)。另外說干熱巖資源相當于860萬億噸標準煤的說法，但目前技術(shù)能采出的量微乎其微，進展也甚慢。

2.3 技術(shù)難度仍有待應(yīng)對克服

地熱資源隱藏在地下深部，不像風能和太陽能在地面就可測量。尤其高溫地熱田都是裂隙熱儲，不像層狀熱儲可保障高成井率，雖然鉆井前的地球物理勘查做精做細，多種方法中還用上了人工地震高精度解釋斷裂位置，但不少高溫井鉆探仍然失敗。中石油長城鉆井公司在肯尼亞高溫鉆井的成井率創(chuàng)世界先進，但他們?nèi)杂贸皖l地震物探選井的方法，在東非其它地方不全成效。

還有設(shè)備方面，我國最新建成的西藏羊易地熱電站用的是進口名牌奧瑪特發(fā)電設(shè)備，年運行8500小時;其前的羊八井地熱電站用的國產(chǎn)發(fā)電設(shè)備，扣除維護保養(yǎng)后的年運行6000小時，這是技術(shù)差距。

3. 地熱今后該怎么辦

3.1 曾寄厚望的干熱巖進展不大

科學家對干熱巖的研究已歷50年，雖然一直被看作前瞻性地熱資源前程無量，但迄今的進展不大。曾經(jīng)在2006年美國麻省理工學院《地熱能的未來》研究報告描繪了EGS的龐大前景，掀起了世界新一波高潮，也確實于2011年法國蘇爾茲實現(xiàn)了兆瓦級(1.5MW)發(fā)電，接著2012年德國實現(xiàn)了蘭道3MW和印希姆5MW發(fā)電，再接著又有美國1.7MW和澳大利亞1MW，這幾年的飛躍似乎一下子突破了關(guān)鍵，馬上就可全面推廣了。然而甚為遺憾，最近幾年幾無新進步。

2020年世界地熱大會因疫情推遲了一年，剛在冰島閉幕，大會論文報告，至2019年世界干熱巖共64處試驗，涉20個國家，中國列第63個在青海“進行中”。EGS技術(shù)成功35處，發(fā)電8例，其中兆瓦級發(fā)電6處，共13.2MWe，仍在運行11.2MWe。但2016年后未有新建增長，美國實施了FORGE計劃支持，期望不借用水熱型+壓裂，能創(chuàng)建出硬碰硬的人造致裂系統(tǒng)，以利廣泛可復制推廣，但僅見少量研究成果報告，未有新增的EGS發(fā)電實例。

3.2 期望退一步的突破(換熱)

近些年的EGS深化研究沒有突破性的成果，似乎反而引發(fā)了對初衷的質(zhì)疑，因為最初是說高溫水熱型地熱資源嚴格受特定地熱地質(zhì)條件的制約，因此寄希望于干熱巖到處可以開發(fā)的廣泛前景。然而，世界的幾十處試驗結(jié)果，說明了如英國那樣90℃的資源條件，能換出的熱量太小了，相對于昂貴的鉆井成本，就失去了開發(fā)意義，因此必須提高干熱巖的品位下限，有提出4000m深度150℃，但更多的主張180℃。這樣，就把原來劃歸干熱巖的資源削去了一大塊。

還有，原來設(shè)想的壓裂技術(shù)，要在地下巖體中造出數(shù)立方千米體積的人造裂隙系統(tǒng)實在是太難了，于是不少專家提出了就靠鉆井的換熱技術(shù)吧，有U型對接井，有上部500m大口徑井往下鉆十幾個分叉井，有2口直井在井底鉆出幾個水平連接的叉井……。這類試驗還在進行中，換出的熱量不夠，只能借助周圍環(huán)境能有高地溫，再加上熱泵。

3.3 地熱+儲熱可以解困突圍

還有什么解困之法呢?有!而且應(yīng)該更靠譜些，就是儲熱技術(shù)。太陽能和風力發(fā)的電，受上網(wǎng)限額之外成為“棄電”，要儲電很難，要技術(shù)，要設(shè)備，體積也不可能無限大。但是地下儲熱相對容易得多，一個地熱田，小到數(shù)平方千米，大到數(shù)百平方千米，如此龐大的地下空間與“儲電”設(shè)施相比簡直是無限大。

意大利國家電力公司ENEL在美國內(nèi)華達州斯蒂爾沃特地熱電站實施的聯(lián)合發(fā)電，2009年組合了太陽能光伏，2015年又組合了太陽能熱發(fā)電，它們給地熱發(fā)電因中午環(huán)境溫度增高而致的效率降低很好實現(xiàn)了發(fā)電增效。后來項目接著考慮了利用太陽能儲熱的進一步增效，但尚未見到它們實施進展的報告。

圖2 超超臨界地下儲熱發(fā)電設(shè)想

2020年世界地熱大會有論文提出了地下儲熱超超臨界發(fā)電的研究設(shè)想(圖2)。計劃利用廣大地面的太陽能集熱(如太陽能熱發(fā)電)，將聚熱塔收集的高熱不是當即用于發(fā)電，而是將高熱儲存到地下熱儲。水的超臨界點是溫度374℃和壓力220巴，太陽能聚熱溫度可高達600℃構(gòu)成超超臨界，這樣的高熱補充和增強了現(xiàn)有的高溫熱儲，用來發(fā)電就比現(xiàn)有的地熱發(fā)電系統(tǒng)效率更大大提高了。現(xiàn)有地熱田的地下熱儲是天然的，不需要干熱巖那樣靠壓裂來人造熱儲(太困難了);現(xiàn)有熱儲的溫度不夠高，就靠太陽能聚熱來注入增溫。該設(shè)想已經(jīng)用數(shù)學模型擬合，是有可能實現(xiàn)的，這樣就增加了原顯不夠的地熱資源，就可以充分發(fā)揮“地熱+”的效益了。

中國地熱和世界地熱一樣，都需要有超超臨界儲熱這樣的創(chuàng)新，來引領(lǐng)地熱產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模發(fā)展，從而更有能力在實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標任務(wù)中承擔起更大責任。

(作者系中國技術(shù)監(jiān)督情報協(xié)會地熱產(chǎn)業(yè)工作委員會專家委員會主任)