我国地热资源开发利用状况、发展趋势、问题与建议

一、地热和地热资源的概念

 

    地热是指地球内部所储存、产生的热量。能够经济的为人类所利用的地球内部热量，称地热资源，人们习惯简称为“地热”。地热资源的现代涵义包括：地热过程的全部产物，指天然蒸汽、热水和热卤水等；由人工引入（回灌）热储的水、气或其他流体所产生的二次蒸汽、热水和热卤水等；由上述产物带出的矿物质副产品。目前，可利用的地热资源有：天然出露的温泉地热资源；通过热泵技术可开采利用的浅层地热资源；通过人工钻井直接开采利用地热水（气）资源和干热岩体中的地热资源。

 

    当前，我们所讨论的地热开发利用问题，实际上还限于天然温泉、通过热泵技术利用的浅层地热和通过人工钻井技术直接开采利用地热水（气）资源，尚未涉及干热岩中的地热资源利用问题。

 

    上述四类可用地热资源，从总量及开采难易程度的角度分析，天然温泉资源量小、地域局限性较大，但开采容易，且无风险，是当前温泉旅游业开发利用的重点资源；浅层地热（指地表恒温带以下一定深度内地层中储存的热量）资源量丰富、分布普遍，易开采，风险低，主要利用热泵技术进行利用，但开采对环境有一定影响，是当前空调采暖开发利用的热点，发展较快；通过人工钻井直接开采利用的地热水（汽）资源，主要开采3000m深度以上地层热储中储存的地热水（汽）资源，资源量大，但开采的可行性主要取决于热储的分布与渗透条件，有较大风险，当前主要是直接开采热储中的地热水（汽），因地热水的补给有限而限制了其开发利用的规模，今后将逐渐转向仅利用热储中的“热量”的方向转化；干热岩中蕴含的地热资源量最大，主要通过地下换热技术开采，由于受当前开采技术条件的限制，国内尚没有投入实际利用，从发展的观点和未来能源需求考虑，这种地热资源将成为开发利用的重点。 

 

 

二、我国地热资源勘查开发利用状况

 

（一）地热资源勘查

 

     我国地热资源勘查活动始于计划经济体制下的50年代中期，当时地热资源的勘查与开发的范围仅限于天然出露的温泉等。在此期间，在全国主要省、自治区、直辖市都开展了地热资源普查。为配合国家医疗卫生保健事业的发展和建立矿泉水疗养院的需要，对一些重要的温泉如北京小汤山温泉等进行了地热资源的勘查评价.

 

 

　　七十年代初期，我国开始了对隐伏地热资源的勘查与开发。以北京、天津地区开展隐伏地热田资源的普查勘探为先导，在李四光部长的积极创导和推动下, 相继在天津市近郊、北京城东南地区1000m左右深度内打出了温度在40～90℃的地热水，随即在城区开始了地热供暖、医疗洗浴、水产养殖、工业洗涤等方面的应用。在此期间为满足地热发电的需要，相继在河北后郝窑、广东丰顺、湖南灰汤等地热田进行了地热资源勘查评价，建立了一批试验性的地热电站。

 

 

　　进入八十年代，随着中国改革开放政策的深入推进和社会主义市场经济的逐步发展，国际合作与科技交流得到了加强。1988年在西藏羊八井建立了生产性的地热电站；重视与地区经济发展有影响的地热田资源，并对他们进行了勘查与评价；随着勘探技术水平的提高，加大了开发利用地热资源的深度,从而获得了较高温度的地热资源，扩大了地热资源的利用范围；重视利用地热资源发展当地经济，在地热供热、采暖,温室种植、养殖，温泉疗养，温泉旅游等方面有了长足发展，形成了一批地热产业,从而使中国在地热资源的勘查与开发利用方面进入了一个全新的发展阶段。

 

    30多年来，北京地热资源勘查开发的发展历程在全国有一定代表性，快速的发展是在进入90年代以来的市场经济时期（见表1）。
 

表1      北京70年代以来地热资源勘查钻井发展情况统计

年	钻井数（个）	占总井数（%）	累计进尺（m）	占总量 （%）	平均钻井深度（m）
1971-1980	49	15.0	46285.7	8.0	944.61
1981-1990	64	19.0	73369.40	13.0	1146.4
1991-2000	97	29.0	182543.79	31.0	1881.89
2001-2004	120	36.0	281919.93	48.0	2349.33
总   计	330	100.0	584118.29	100.00	1770.06

 

（二）地热资源开发利用情况

我国地热资源开发利用，以中低温地热资源的直接利用为主，主要用于以下各个方面：

1、地热发电

    （1）试验性电站：70年代后期，先后在广东丰顺、湖南灰汤、江西宜春、广西象州、山东招远、辽宁熊岳、河北怀来等地建设了试验性电站。这些电站除个别的（广东省丰顺、湖南灰汤）仍在运行外，多数皆因地热温度偏低，发电效果差而停止。
 

    （2）生产性地热电站：有羊八井（25.18MW）、朗久（2MW）、那曲（1MW）；羊易（具备30MW装机潜力，待开发）等电站。

2、地热供暖

     主要对北京、天津、西安、咸阳、郑州、鞍山、大庆林甸、河北霸州、固安、雄县等城镇地区进行供暖，面积约2000万平米；其中对天津的106家单位供暖，供暖面积940万m2，位全国第一，年节约原煤22.51万吨。

     近10年来来，由于热泵技术的应用，浅层地热资源开发有了快速的发展，地源热泵供暖的发展速率已超过常规中低温地热资源利用的发展速度。

3、医疗保健

    我国大多数地热温泉均具有医疗价值，不少地热水可作为医疗矿泉水予以开发利用，实际利用工程也较普遍，遍布全国各省区市。
 

4、温泉洗浴和旅游度假

    室内水上娱乐健身场所因有温度调控，活动不受气候变化的影响，近年来受到人们的青睐。地热温泉多分布在自然景区，自身集热能、水、矿于一体，既可为发展室内大型水上娱乐健身场所提供稳定的清洁能源，又可为其提供有一定医疗作用的矿水资源，是开发此类项目的首选或必备条件。一些开发商注意到了这点，从上世纪90年代初，开始利用地热发展室内水上娱乐健身场所，如广东恩平、海南琼海官塘等地，各地相互效仿，近年来发展较快。

　　　
5、水产养殖

    在北京、于津、福建、广东、昆明、西安等地起步较早，建有养殖场地200多处，鱼池面积200万平米，多用于养殖鳗鱼、罗非鱼、对虾、河蟹、甲鱼等。近年来，隨着温泉旅游业的发展，利用地热进行水产养殖已呈衰减之势。

6、温室种植

     开发地热，建立地热温室，是发展特色农业、生态农业、现代化农业的条件之一，农业利用地热的典型代表是北京小汤山地区的现代农业园，利用不同作物对最低温度要求，梯级利用地热种植名贵花卉、特色蔬菜、反季节蔬菜和发展观光农业等，效果非常好。

7、农业灌溉

水质好、40℃以下的地热水或利用后的地热尾水，一般都直接用于农田灌溉。

8、工业利用
 

主要用于印染、粮食烘干和生产矿泉水等。

 

三、近年来地热资源开发利用的发展趋势

 

     近10年，我国对地热资源的勘查开发利用进展迅速，是我国历史上最快的时期，勘查、开发利用技术与管理逐步走向成熟，变化呈现以下趋势：

 

     一是注意非地热异常区的地热资源勘查与开发，拓宽了地热资源开发利用的范围。地热资源分布广，在深部有强渗透储层分布的条件下，按地热增温率计算，在一定深度内都有可能获得所期望的地热资源。随着地质勘探技术的进步，目前钻3000～4000m的地热深井已不是难题，这就使得对地热资源的开发有了新的思路，不局限在地热异常区或分布较浅的地区，尤其是在一些大型沉积盆地区和有经济基础的城镇，开始进行隐伏地热资源开发的探索，有的已取得了成功，如沈阳城北开发区、石家庄、鹤壁等地。经济发展快的上海、苏州、扬州、镇江等地也开始了地热资源的勘查工作。

 

 

     二是油田地区地热资源开发受到了普遍的关注。沉积盆地的油田地区实际上也是地热资源广泛分布的地区，相当一部分有水无油的石油勘探井可以改造为地热开采井。油田开采后期水多油气少，如华北、胜利一些油田含水量已高达95～97%，逐步转为以开采地热资源为主，可在开发地热资源的同时开采剩余的油气资源，对油田地区的经济发展和产业调整十分有益。这点已引起了石油界同行普遍关注，并且已在华北、胜利、大庆等地的油田进行了试点，取得了很好的效果。

 

 

    三是重视地热资源的综合利用与梯级利用，提高地热资源的利用率和经济社会效益。对地热资源的开发利用已由初期的一次性利用向综合与梯级利用方向转化。地热水往往先用于采暖、供热，再用于环境用水，或依据建筑物对温度的不同要求实行梯级采暖，或将一次采暖后的尾水，利用热泵进一步提取其热能等方式。这些措施提高了地热资源的利用率和技术含量。在农业温室种植方面，也在考虑根据不同作物对温度的不同要求，对地热资源实行按温度的梯级合理利用，如北京小汤山地区的现代农业园、丰台南宫世界地热博览园。

 

 

     四是重视采灌结合，保证地热资源的可持续利用。在一些早期开发地热的地区，如北京、天津、福州、西安等地，地热水水头已有较明显的下降，在一定程度上影响到资源的开发和持续利用。根据国内外开发地热的经验，回灌已成为维续地热资源可持续利用和提高地热田资源开采率的共识。这些早期开发地热资源的地区，除了开展回灌试验研究外，也将采灌结合列入了对热田进行管理的重要内容。如北京小汤山热田，由2002年前的地热回灌试验逐步转向生产性回灌，在管理上，实施新增地热井必须同时建回灌井的措施，目前年回灌量已达年开采量的30%以上。

 

 

    五是推进规模化开发，使地热资源的配置趋于合理，提高行业整体经济效益。这一措施是适应地热资源采灌结合的开采方式的需要，其目的是限制只采不灌的小型单位对地热资源的开发，在资源条件好的地区，鼓励有经济条件实行规模化开采、并可实行采灌结合措施的单位开发地热资源。北京近年来对昌平北七家及现代农业园、丰台南宫、北工大等开采地热资源的单位推行了这一模式，并拟对延庆、凤河营地热田的开发推行这一模式。

 

    六是地热开发利用中开始应用自动控制技术，提高管理水平。自动控制包括两方面的内容：一是对地热开采井的产量、水量配置、地热尾水的排放温度按供求的实际需要进行自动控制，达到节约使用的目的；二是对地热水的开采量、井内水位(头)变化、水温等参数实行自动监测及远距离传输，为地热资源统一管理、资源远景评价提供依据。在北京、天津、大庆林甸、陕西咸阳等地已启动了地热开采系统的自动监测及远距离传输等技术的应用工作。

 

 

     七是注重地热资源开发的品牌效应，积极申报命名与建设《中国温泉之乡、地热城》。自2003年我国首次命名广东省恩平为“中国温泉之乡”以来，短短五年多的时间内，相继有大庆林甸、海南琼海、北京小汤山、湖南郴州、广东清远、河北雄县、湖北咸宁、山东威海、重庆巴南、广东阳江、福建永泰和连江等13地由中国矿业联合会命名为“中国温泉之乡”；陕西咸阳、山东临沂被命名为“中国地热城”、陕西西安临潼被命为“中国御温泉之都”；湖北应城汤池、河北霸州、固安、江苏连云港温泉旅游区、南京汤山等五处地区被授予“全国温泉（地热）开发利用示范区”。这一活动，规范了地热（温泉）资源的开发与管理，提高了地区的知名度和地热开发利用的社会经济效益。

 

 

     八是利用热泵技术，开发浅部地热能发展地热采暖与空调。目前已普遍利用水（地）源热泵，将储存于恒温带以下一定深度的浅部低品位地热能用于采暖和空调，并已在北京、天津、沈阳等地得到了比较广泛的应用。
九是开始关注干热岩的开发利用问题。干热岩是深埋于地下（一般在3000m以下）、温度大于200℃、内部不存在流体或仅有少量地下流体的岩体。岩体中赋存有丰富的地热资源，计算显示，地壳中“干热岩”所蕴含的能量相当于全球所有石油、天然气和煤炭所蕴藏能量的30倍，可以说是取之不尽，用之不竭的可再生能源。开发干热岩中的“热能”，就是通过钻井，从地表往干热岩中注入温度较低的水，注入的水沿着裂隙运动并与周边的岩石发生热交换，产生高温高压超临界水或水汽混合物，然后从生产井中提取高温蒸气，用于地热发电和综合利用。目前，世界上众多经济较发达国家对利用干热岩发电的研究方兴未艾，美国、法国、德国、日本、意大利和英国等科技发达国家已基本掌握了干热岩发电的原理和技术。随着相关技术的迅速发展，可以预见在不久的将来，干热岩的利用将成为能源利用中不可或缺的重要部分。我国对干热岩的利用，已引起了有关部门的重视，一些科研单位参与了部分利用干热岩的国际合作研究。

 

 

 

四、存在的问题与开发利用建议

 

     当前，我国地热开发利用工作中，普遍存在着地热资源勘查程度偏低；；资源家底不清；以利用地热水（气）为主而不是以利用热能为主；缺乏统一的开发利用规划；深部开发风险高、开采深度浅、利用程度偏低；全国缺乏统一的法规，管理制度不健全、存在多头管理等问题。在一定程度上影响着地热开发利用的快速发展。针对存在的这些问题，提出以下建议：

 

    1、加强地热资源的勘查研究，查清地区可开发利用的地热资源量及其开发利用条件。在资源勘查中，应针对不同的地热田类型，采取相应的勘查方法。对于呈带状分布、受断裂构造控制的地热田，应着重查明控热断裂构造的展布方向及赋存条件、地热水的补给来源及其补给量，评价地热水的可持续开发利用量。对于呈层状分布的盆地型地热田，应着重查清主要热储层的埋藏条件、渗透性能及上覆岩层地温梯度，圈定适宜开采的地区及有利的开采地段，确定在一定时期内可持续开发利用的资源量。对于浅层地热资源，应着重查明浅部地层结构、渗透性能，确定水（地）源热泵的适宜区（段），测试地层热交换参数，评价在保持热均衡条件下的可利用的资源量。

 

    2、制定统一的开发利用规划。依据地区的资源条件，制定地区统一的开发利用规划。为了资源的可持续利用，应区别以下几种情况：

 

（1）对于泉源型地热资源，其规划开发的利用量，以长期的泉水流量动态监测资料为依据，其年平均开发利用量，不宜大于泉水的枯期流量。

 

（2）对于不具备回灌条件的新生界热储，其规划开发利用量，以一定时限内保持一定降速条件下的开采量为依据来确定开发利用规模及开采年限，严格控制水位的年下降速率。

 

（3）对于具备回灌条件的基岩热储（主要是灰岩热储），其规划开发的利用量，在某种程度上取决于回灌量的大小，以采灌量保持一定比例的动态平衡开采量为依据，确定开发利用规模并对采灌量实行严格控制。

 

（4）对于浅层地热资源，其规划应明确划定水（地）源热泵适宜地区，结合城镇发展的实际需要制定。

 

    3、提高勘查、开发利用技术。新区与深部地热资源开发风险高、难度大，是地热界的共识。开采愈深，风险愈大。近几年，在新区和开发深部地热资源时，有不少未能达到预期目的甚至是失败的。如北京的王佐、地坛、亚运村、来广营、金融街等地的深井，上海青浦、哈尔滨北区等地地热勘查均未取得满意结果。为了减少钻井风险，主要应从以下几方面努力：一是投入精度高的地球物理勘查方法，如可控源音频大地电磁测深等技术设备进行深部地质勘查，搞清深部地层结构、分布，为正确地选定钻井位置和编制地质设计文件提供依据。二是改进成井工艺，包括钻机设备选型、钻井结构设计、循环液的选用、防孔斜技术、防渗漏问题的处理技术、洗井技术等环节。

 

    4、优化资源的配置。我国目前开发利用地热资源的主要方式是通过开采其载体—地热水。地热水是集热、矿、水于一体的宝贵资源，开发利用时只有对这三方面实行综合利用、梯级利用、循环利用，才能体现其最佳的经济、资源和环境效益。现阶段要做到这一点，还需做出很大的努力。

 

    5、积极实施地热回灌。地热回灌是提高地热资源采取率、减少污染、保持稳定的地热水位（头）和良好的开采状态、维持资源可持续利用的有效措施。早期开采的盆地型地热田，隨着开采量的增加、开采年限的增长，地热水位（头）都呈现出逐年下降的趋势，水位下降速率与开采量大小、开采时间的增加成正比关系，直接影响着热田的持续利用。实施地热回灌工作，对减缓热水位（头）的降速和热水位的稳定、回升有一定的作用。有条件、有能力回灌的盆地型地热田，在开采一段时后，具备自流回灌的条件时，都应积极推进地热回灌，尤其是对于渗透条件好的灰岩热储，应普遍推行地热回灌。以利用热储中的“热”为主，实现由取热储中的“热水”，向取热储中“热能”的方向转化。在有明显补给区的地热田，为减少回灌成本，还可考虑在其补给区或热储埋藏较浅的部位，利用其他清洁水源实施集中回灌。

 

    6、防高矿化地热水对环境的污染。部分地热水中溶解性总固体含量高，有的高达10克／升以上，有的地热水中某些组份含量超过排放标准。这些地热水利用后若随意排放，就会对环境会形成一定的污染，值得重视。

 

    7、加强开采动态监测。国内外早期开发利用地热田的经验表明，热田开发过程中进行动态监测，是热田统一管理、指导持续开发利用的需要，是进行资源可靠性评价的主要依据。热田投产后，就应对其开采量、水位（头）、水温、水质的动态变化进行连续而系统的监测，掌握其变化规律，分析开采量与水位（头）下降的关系，确定能够使水位（头）保持相对稳定的开采量，以确保资源的可持续利用。

 

 

     8、强化对热田开发利用的统一管理：地热资源具有公共性、资源性、可持续性、流动性的特征，属国家所有，应主要为公众服务。随着对地热资源开发利用的普及，一些地热田（或集中开采地区）的开采井不断增加，少则几眼，多则上百眼，分属不同的单位和部门，开采过程中相互干扰的问题普遍存在，为了资源的可持续利用，建立统一的管理制度势在必行。就全国来说，制定“地热资源管理办法”，统一对地热资源的管理也势在必行。

 

 

     9、积极推进“中国地热城”、“中国温泉之乡”的建设活动。在地热资源开发利用较集中的城镇地区，按照“资源清楚、利用高效、管理到位、环境优美、传承文化、持续利用”的标准要求，由行业协会授予（命名）“中国温泉之乡（地热城、示范区）”的称号。这将有利于推动地热开发的规范化与法制化管理，促进地热（温泉）资源的合理开发利用及当地社会经济的发展，是政府主管部门、地热资源勘查与开发单位都十分欢迎的事，应在严格掌握标准、突出特点的基础上积极予以推动。

 

 

     10、开展“干热岩”开发利用的试验研究。“干热岩”具有巨大潜在热能，是未来能源开发利用的重要组成部分。目前我国在这方面的应用还是空白，但从我国的经济发展水平、干热岩的资源条件、开发利用技术等方面来说，还是具备条件的，社会也有了这方面的需求。应积极创造条件，开始“干热岩”利用的试验研究，为后续的开发利用积累经验。