地熱能開發利用技術的現狀與展望

圖片僅為示意，可根據實際使用進行替換尺寸：16.9*6.4cm中石化綠源地熱能開發有限公司SGEGEOTHERMALCO.,LTD孫彩霞

(Susan)

Email:susan@Contents目錄一、背景二、開發現狀三、前景展望2024/3/203碳中和（CarbonNeutrality）2019年的全球的碳排放總量，大約是510億噸！如何實現從510億到0排放的目標：盡可能實現所有工藝的電氣化；電力盡可能實現脫碳電力；利用碳捕獲裝置，吸收剩余的排放；更有效的使用化工技術和新材料；種植養殖業引入新的農作物品種；

供熱制冷實現電氣化、發展清潔能源和更高效利用能源的解決方案……

以上所有的措施，都需要新技術的投入。源于人類活動的溫室氣體排放量占比生產和制造（水泥、鋼、塑料）31%電力生產與存儲（電力）27%種植和養殖（植物、動物）19%交通運輸（飛機、卡車、貨船）16%供熱制冷（供熱、冷卻、制冷）7%2024/3/204碳中和（CarbonNeutrality）2020年9月，中國政府在第七十五屆聯合國大會上宣布：中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施。二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取于2060年前實現碳中和；2020年12月，習近平總書記在氣候雄心峰會上的講話時進一步宣布：到2030年，非化石能源占一次能源消費比重將達到25%左右。目前，全國化石能源占能源消耗的84%，非化石能源僅為16%。

我國在2060年實現碳中和預計需要136萬億元人民幣投資，碳市場的規模預計3000億元，前景一片廣闊藍海！非碳基的可再生能源是“碳中和”的必然選擇。地熱能、太陽能、風能、核能、氫能等清潔能源是人類發展的未來能源！2024/3/205地熱能源-未來能源地熱如何成為“Gamechanger”

本土、清潔、穩定、可再生、可持續“熱、礦、水”三位一體的能源開發利用推廣模式成熟

地熱利用的領域廣泛地熱發電區域供熱制冷淺層地熱能（地源熱泵）農業、漁業及工業等方面的直接利用未來能源利用系統中的核心作用在建筑供熱系統中可作為最理想的基礎熱源EGS項目探索成功會帶來更廣闊的發展“健康的城市是會呼吸的城市”威廉·麥克唐納《從搖籃到搖籃》2024/3/206浴療0°150°100°50°200°250°HOUSEHOLDHOUSEHOLD閃蒸發電或者干蒸汽系統鹽業溫室種植烘干制冷以及制冰水產養殖造紙區域供熱木材干燥食品加工區域供冷300°發電食品工業康養浴療供熱制冷MWth發電

MWe地源熱泵供冷地源熱泵供熱地熱利用領域廣泛雙工質/ORC技術探索創新Contents目錄一、背景二、開發現狀三、前景展望2024/3/208地熱發電裝機容量世界分布（2015）2024/3/209

我國20世紀70年代，先后在廣東豐順、河北懷來、等地區建設了中低溫地熱發電站，在西藏羊八井建設了24MW中高溫地熱發電站。近兩年在西藏、云南新建了幾座，我國地熱發電總裝機容量從27.88MW增加至49.1MW。

十三五規劃目標是新增500kW，十四五呢…中國地熱發電的現狀中國地熱發電裝機容量發展情況2024/3/2010世界地熱直接利用（1995-2015）2024/3/2011中國地熱供暖的潛力

我國地處地中海-喜馬拉雅地震帶和環太平洋地震帶上，地熱資源豐富，分布廣泛，遍布全國。地熱能資源分布具有明顯的規律性和地帶性，西南地區和東部擁有高溫地熱資源，主要分布在藏南、滇西、川西和臺灣省；其余地區分布著中低溫地熱資源，集中于松遼平原、黃淮海平原、江漢平原、山東半島和東南沿海地區等，資源蘊藏豐富，總量約占世界資源總量的1/6。2024/3/2012中國地熱供暖的現狀地熱十三五規劃（2017-2021）地熱供暖面積將達到：16億平方米；計劃總投資約3000億人民幣；計劃減排CO217億噸。自2000年起，全國集中供熱面積快速增長：

2000年：11億平米

2010年：

44億平米

2019年：

110億平米

2010年是2000年的4倍；2019是2000年的10倍。

目前，全國已實現地熱供暖面積14億平方米，其中淺層地熱能達到8億多平方米，中深層地熱供暖僅為5億多平方米，尚未完成十三五規劃目標，同時僅占全國集中供熱總面積的1/10，發展前景廣闊。2024/3/2013中國地熱供暖的現狀水熱型地熱能利用是中國地熱產業主力軍。我國開發利用水熱型地熱供暖已有上千年的歷史。1990年全國水熱型地熱能供暖建筑面積僅為190萬平方米，近10年來，我國水熱型地熱能直接利用以年均10％的速度增長，已連續多年位居世界首位，總面積超過5億平方米。

地源熱泵最早起源于1914年的瑞士，我國起步較晚，2000年利用淺層地熱能供暖（制冷）建筑面積僅為10萬平方米，伴隨綠色奧運、節能減排和應對氣候變化行動，進入快速發展階段，近年來，發展迅速，并呈現規模化、大型化的特點，建成了北京國奧村、上海世博軸、北京城市副中心等一系列示范項目，總面積超8億平米，提升了社會各界對于淺層地熱能的積極認知！2024/3/2014地熱供暖規模最大的企業中石化綠源地熱能開發有限公司(SGE)于2006年成立于陜西咸陽，目前總部位于雄安新區；中國石化新星石油公司控股53.8%，冰島極地綠色能源公司持股46.2%；注冊資本8.49億元人民幣；主要業務為地熱+清潔能源投資開發，碳減排及合同能源管理；目前世界最大的地熱供暖企業。兩國總理見證下中冰雙方簽訂進一步擴大合作的諒解備忘錄雷克雅未克，2012

公司地熱開發業務起步于陜西咸陽，現已擴展至津、冀、陜、晉、魯、蘇、浙等省（市），與國內40余個市（縣、區）簽訂了戰略合作協議，建成供暖能力5000萬平方米，擁有地熱井781口，換熱站647座，敷設管網近1000公里。

創建了雄縣、容城、獻縣、博野、武功、故城、商河、太原經開區等多座城市供熱“無煙城”，CO2減排量超500萬噸，累計1百余萬居民受益于地熱能源提供的清潔供熱。中冰合資合作概況2024/3/2016地熱代煤城市典范-“無煙城”雷克雅未克冰島容城河北雄縣河北武功陜西咸陽陜西商河山東辛集河北霸州河北2024/3/2017核心技術體系地熱回灌地熱鉆井智能監控梯級利用地熱+多種能源集成地熱勘探熱儲評價技術

中石化綠源充分發揮中冰雙方股東優勢，形成具有綠源特色的核心技術體系：2024/3/2018“取熱不取水”的開發模式：“間接換熱、梯級利用、采灌均衡”，可實現系統COP值20左右，是井下換熱+熱泵技術無法比擬的！通過與太陽能、生物質能、天然氣等其他能源的復合，形成“地熱+”模式，結合能源動態調節技術進行系統集成，可進一步降低投資成本，提高能源利用效率。地熱能供暖關鍵技術80度的地熱井，回灌溫度15度，可實現供熱20萬平方米，若增加20%的天然氣調峰，可供25萬平方米。2024/3/2019水熱型與井下換熱的綜合對比井下熱傳導的換熱機理，實際上相當于加長版地源熱泵系統。采灌均衡，地面換熱，水作為熱載體回灌到原始地層。換熱形式對比換熱溫差12℃，水量30m3/h，完全通過熱泵提升最大可提供500kW熱量，僅供1.25萬平方米。以井深2000m地熱井，出水溫度70℃，100m3/h為例，采灌技術能提供6400kW,供暖面積達16萬平方米。供熱能效對比相同供暖面積，井下換熱技術需鉆鑿約13口地熱井。占地面積大，影響未來地下空間整體布局（地下建筑、地鐵、防空洞等）。占地面積對比以16×104m2供暖面積為例，水熱型采灌技術模式僅需鉆鑿地熱井2口。每個井房僅約15平方米。鉆井和熱泵的初投資和運行成本高，若沒有政府巨額補貼，項目基本難以維繼。經濟性對比投資和運行費用相對較低，總投資約2000萬元，12年左右收回成本，無需額外政府補貼資金。2024/3/2020地熱尾水回灌技術地熱能利用關鍵技術生產井回灌井站內加壓泵（備用）精密過濾器初效過濾器儲水排氣罐成井結構工藝優化系統密閉防堵技術水處理系統設計采灌結合平衡技術儲層堵塞機理研究地熱回灌是實現地熱熱儲循環利用，保持熱儲壓力的有效措施，更是保證地熱開發“取熱不取水”資源的可持續利用的必要條件。灰巖熱儲地層條件較好，可完全實現同層回灌，砂巖回灌雖是世界性難題，國內砂巖熱儲回灌已取得重大突破，回灌率逐步攀升。2024/3/2021

公司近年來通過生產運行中的實踐摸索，取得60余項開發利用專利，其中砂巖回灌相關的專利共20項（發明專利5項，實用新型15項），并且制定了砂巖回灌的企業技術標準，同時參與了國家及行業的地熱回灌標準的編制，推出了自主知識產權的地熱回灌系列專業裝備。地熱能利用關鍵技術成套地熱回灌設備2024/3/2022雄縣模式雄縣雄安新區其中一縣，位于河北省；中石化綠源公司自2009年進駐，逐步替代燃煤和原有直采直排系統，實現城區95%地熱集中供熱；中國首座“無煙城”2014年被國家能源局正式認定為中國首座地熱供暖替代燃煤的“無煙城”，并在全國推廣復制。國家級的示范項目-雄縣模式

核心：實現了區域化水熱型地熱能開發的三統一，即“統一規劃、統一開發、統一管理”；內涵：“政企合作，市場運行，統一開發，技術先進，環境友好，百姓受益”“雄縣模式”升級“雄安模式”地熱為基礎能源的多種清潔能源的集成應用

更高效開發利用雄安新區熱儲的第二空間（發電潛力）雄縣模式2024/3/2023雄縣城區地熱開采區塊監測井水位埋深(2011-2021)年動態曲線圖雄縣城區地熱開采區塊某井2017-2021年水溫動態變化曲線圖雄縣模式70.8701102024/3/2024消除對地熱能的誤解！

通過主要地熱開發區地面沉降實際觀測數據、地震監測和數據綜合分析，認為地面沉降的主要誘因為淺層地下水的開采，與中深層地熱開發沒有直接關系。為此我們引用陜西、河北及山東的地面沉降的相關資料、新聞報道進行說明。報告及學者結論均表明：開發中深層地熱資源不會對地面沉降造成影響。河北省地面沉降與地下水開采的關系，根據中國科學院遺傳與發育生物學研究所農業資源研究中心研究員沈彥俊結論：同時期地區地下水下降量，有8成以上是由農業灌溉耗水引起。山東省魯北平原地熱開發與深層地下水及地面沉降相關性評價報告結論：中深層地熱系統和淺層地下水沒有水力聯系，地熱開發不會影響深層地下水的水位和環境，在采灌均衡，取熱不取水的條件下，地熱開發不會引發地面沉降。

關中盆地地面沉降與環境影響，根據省地震局相關資料顯示：地熱開發與地面沉降之間沒有直接關系。雄安新區采用“間接換熱、梯級利用、采灌均衡“的工藝模式，地熱水完全回灌至同一熱儲層，地熱水的開發利用不會對地面沉降產生影響。雄安新區地面沉降區主要集中在雄縣北部，容城西北部，而地熱開發在城區內與沉降嚴重區域相去甚遠，雄安新區水熱型地熱水的開采量僅為年地下水超采量的1%。雄安新區現狀平水年總需水量共34.88億噸，整體屬缺水狀態。缺水直接導致每年超采地下水總量超過5億噸，地下水超采現象嚴重。25雄安新區平均沉降速率（王貴玲，2021）消除對地熱能的誤解！Contents目錄一、背景二、開發現狀三、前景展望2024/3/2027地熱發電前景地熱發電優勢在于利用時間的最高效：全年實現約8000小時的運行時間。地熱發電的上網電價亟待出臺；地熱發電的成本也會隨產業的發展逐步降低；最簡單成本最低的發電流程為閃蒸發電（大于150度），對資源條件要求高；中低溫的雙工質發電循環（ORC）是未來發展的主要模式;地熱回灌、防腐阻垢、裝備制造等關鍵技術需持續研究提升。2024/3/2028典型發電工藝優化模型閃蒸+雙工質發電（ORC）復合系統2024/3/2029地熱熱電聯產技術ORC發電循環系統地熱供暖系統30地熱供暖系統的持續優化熱源+一次管網+供熱站+二次管網+末端設備全系統鏈的整體技術經濟優化！中國典型城市室外溫度分布調峰熱源地熱基礎熱源地熱+熱泵梯級利用熱負荷分配2024/3/2031地熱供暖系統能耗及投資分析系統經濟性分析（現金流、成本、EBIT，IRR）地熱+熱泵+天然氣調峰裝機、負荷、能耗比例2024/3/2032城市“地熱+”供熱制冷利用方式供熱制冷中深層地熱供熱淺層地熱能供熱熱泵機組+能源塔制冷冷水機組+冷卻塔制冷淺層地熱能供制冷再生水源熱泵供熱再生水源熱泵供冷集中熱網余熱供熱中深層地熱吸收式供冷2024/3/2033通過遠程動態實時監測地熱資源開發利用的關鍵參數，結合熱儲數值模擬評價打造智慧熱田，從而得到地熱可采資源量的精準評價；動態實時監控地熱站網，實時監測、評價系統各環節能耗，采取氣候補償、熱平衡調節、自動控制等技術優化系統運營，提高熱效率，降低運行成本，提高系統運行穩定性、安全性，打造