新能源与材料地热能的开发与利用.doc

目录
一、引言 2
二、中国地热能研究及发展现状 2
2.1工程地热系统地热能 2
2.2 2050年发展愿景 3
2.3地热能利用技术 4
三、我国地热能的利用现状 5
3.1我国地热能开发利用概况 5
3.2地热能发电 5
3.3地热能采暖（制冷） 5
3.4地热温室 6
3.5 产业化现状 6
四、当前我国发展地热能存在的问题 7
4.1人才资源缺乏、研究力量薄弱 7
4.2全国地热资源勘查评价程度低 7
4.3地热利用关键技术尚待突破 9
4.4地热产业缺乏扶持政策 9
五、应采取的对策和措施 10
六、参考文献： 11

一、引言
在可再生能源大家族中，地热是唯一的来自地球内部的能量。因为地球处于壮年期，地心温度高达45000℃,所以能量巨大。由于人类利用的热量很小，地温一般可以在相同的时间尺度上恢复.因而地热能是可再生能源只要设定合理的利用上限，地热田的寿命可以达到100～300a。地热能是一种清洁的能源，基本不污染大气.也不排放温室气体。地热能具有来源稳定的特征，平均利用系数高达73%，地热电站的利用系数可达95%，也易于调峰和实施热电联供。而且，电站建设和运行费用也不算高，地热直接利用的成本更低采用地源热泵技术开采浅层地热能也比其他热源更为有利，主要在于它可以把夏季回收的热量用于冬天供热，从而降低了能耗。2011年5月，联合国政府气候变化专门委员会（IPCC）第三工作组发表分析报告指出，就技术开采潜力而言，地热能是仅次于太阳能的第二大清洁能源。IPCC和国际能源署预测到2050年地热发电装机容量将占世界电力总装机容量的3%。
二、中国地热能研究及发展现状
2.1工程地热系统地热能
根据国土资源部最近发布的评价数据，中国浅层地热能资源量相当于95亿t标准煤。每年可利用量相当于3.5亿t标准煤。全国水热型地热能资源储量折合标准煤8530亿t;何年可利用量相当于6.4亿t标准煤。中国大陆3000-10000m深度范围内干热岩地热能资源量相当于860万亿t标准煤，相当于中国大陆2010年度能源消耗总量的26万倍。汪集等根据最近更新的大地热流数据和深部地温资料，给出了中国陆域干热岩地热能资源评价，圈定了优势区域，按照2%的可开采比例.其能量相当于2010年中国总能耗的4400倍。
2014年，中国非电直接利用的能量当量为:装机容量3687MWt，相当于电量TW·h，其中55%作为洗浴及温泉疗养，14%为地热供暖，其他14%为地热“份联供”，属世界首位。近年来，浅层地热能的利用为3000MWt，且发展迅速。截止2011年底，供暖面积达到1.4亿m²。但中国地热发电装机容量为25MW .20多年没有增加。
2.2 2050年发展愿景
中国工程院于2013年提出了地热能直接利用和发电不同时间节点的发展目标(表1)到2050年，中低温地热直接利用的规模和总量将是现状的三倍，浅层地热能利用的规模可达50000MWt，地热发电部分，将大力提升高温发电的装机容量，中低温和EGS地热发电也将重点发展。
表（1）中国地热能发展战略目标

针对干热岩的开发利用，中国科学院的能源技术路线图给出了相应的愿景。到2035年，中国的干热岩开采技要达到商业化水平。
2014年国家发展和改革委员会能源局发布了中国可再生能源十二五规划，确定了可再生能源发电占总发电量的20%宏伟目标。其中地热能的发展目标为:在青藏铁路沿线、滇酉南 等高温地热资源分布区，启动建设若十兆瓦级地热电站。在东部沿海及天山北麓等中低温地热资源富集分布区，因地制宜发展中小型分布式中低 温地热发电项日。到2015年，各类地热能开发利用总量达到1500万t标准煤，其中，地热发电装机容量争取达到10万KW.浅层地热能建筑供热制冷面积达到5亿m²。这个规划中地热发电量超过了中国工程院路线图确定的2020年发电目标，体现了对于技术和市场的信心。
2.3地热能利用技术
中低温地热发电技术在中国拥有悠久的历史，积累了丰富的实践经验。20世纪70年代初，先后在广东丰顺、山东招远、辽宁熊岳、江西温汤、湖南灰汤、广西象州、河北怀来等地建成试验性地热电站。这些地热区热水的温度低，均属于中低温地热，大部分采用一次扩容发电，仅有江西温汤采用双工质循环。目前除广东丰顺地热电站还在运行外，其他均已停止运行。地热能实质上是一种以流体为载体的热能，地热发电属于火力发电，所有一切可以把热能转化为电能的技术和方法理论上都可以用丁地热发电。热能转化成机械功再转化为电能的最实用的方法只有通过热力循环，用热机来实现这种转化。利用不同的工质，或不同的热力过程，可以组成各种不同的热力循环。目前，使用较多的是双工质发电，较成熟的有两种:有机朗肯循环和Kalina循环
工程地热系统 (EGS)开发利用技术在中国已经起步。工程地热系统(增强型地热系统)开发的关键技术是:深部地热资源的圈定和储量评价;干热岩选址、调查和描述;降低成本和提高效率的技术〔例如数值模拟)。部分其他技术也同样重要，例如深井开采、断裂特征、高温测井、液体成像、激发预侧模型、示踪试验和数据解释及层间封闭技术。末来的干热岩开发和目前的高温水热型地热田均面临钻井技术这一难题。水热型地热田的回灌式开采技术是实现地热资源可持续开发利用的必不可少的技术。但是，地热回灌非常复杂，不但要考虑地热水的运移，还要考虑热的运移。如果回灌过程中出现不成熟的热突破，即回灌水很快回到开采井，就会极大地危及到地热田的寿命。因此，地热大规模回灌前进行地热回灌试验，确定热储的联通性以及回灌井和开采井之间的水力联系是非常必要的。同时，需要借助数值模拟的手段对不同生产和回灌情景下热储压力和温度的变化进行预侧，指导地热资源的可持续开发利用。中国目前的回灌热储可分为2种，一种为碳酸盐岩热储，包括灰岩和白百岩:另一种为砂岩热储，主要为新近系和古近系。天津、山东东营、北京和河北雄县地区对地热回灌进行了研究，并取得了一定的成果。
三、我国地热能的利用现状
3.1我国地热能开发利用概况
我国地热资源丰富,分布范围广,在可供开采利用的深度范围内,既有广泛分布的中低温地热,又有能够直接发电的高温地热。数据显示，我国地热发电潜力达到670万千瓦，仅低于印尼（1600万千瓦）和美国（1200万千瓦）。目前,全国经初步估算每年可开发利用地热水总量约70亿立方米左右,折合每年5000多万吨标准煤的发热量。截至2010年年底,我国每年直接利用的地热资源量已达54570万立方米,居世界第一位。在全国地热水利用方式中,供热采暖占18.0%,医疗洗浴和娱乐健身占65.2%,种植和养殖占9.1%;其他占7.7%。虽然目前地热在能源结构中占的比例还很小,但地热资源的利用,可以减少常规能源的使用,减少环境污染,开发利用潜力十分巨大
3.2地热能发电
我国适于发电的高温地热资源主要分布在西藏、云南、台湾等地区。著名的西藏羊八井地热电站从1977～1991年的14年内共装机25.18MW，最后一台3MW机组于1991年初投入运行。自1993年以来，年发电均保持在1亿度左右，截至2008年5月，羊八井地热发电总量达20亿度，电站年平均运行4300小时（羊八井地热电厂生产科，2008），羊八井地热电站全年供应拉萨的电力为41%，冬季超过60%。在西藏电力供应中发挥了重要作用，为缺煤少油的拉萨名城供电做出重大贡献，不愧为世界屋脊上的一颗明珠。在加速开发羊八井深层热储的同时，国家又加大投资开始了羊易、朗久、那曲等地热电站的开发建设，有的已初具规模。云南腾冲热海热田也是我国著名的高温热田，在此建设万千瓦级地热电站。
3.3地热能采暖（制冷）
利用地热水采暖不烧煤、无污染，可昼夜供热水，可保持室温恒定舒适。地热采暖虽初投资较高，但总成本只相当于燃油锅炉供暖的四分之一，不仅节省能源、运输、占地等，又大大改善了大气环境，经济效益和社会效益十分明显，是一种比较理想的采暖能源。地热采暖在我国北方城镇也很有发展前途。北京、天津、辽宁、陕西等省市的采暖面积逐年增多，已具一定规模。天津市地热采暖面积已超过1200万平方米（到2012年底），如以每平方米供暖消耗煤35公斤计，则可节省420万吨标准煤。西安市是著名的六朝古都，近年来地热开发快，规模大，起步高，2007-2012两年就有100多个地热井投入使用，主要用于采暖、洗浴、旅游等。据不完全统计，河南省目前18个省辖市均有地源热泵工程项目。已建成地源热泵项目千余个，以地下水源热泵项目为主，应用建筑面积超过2200万平方米。目前我国供暖制冷面积已达2亿平方米。国家初步计划在未来5年，完成地源热泵供暖（制冷）面积3.5亿平方米，预计总市场规模至少超过1000亿元。建筑是能耗大户，而空调更是耗费了其中60%～70%的能量。地源热泵节能空调热平衡技术能为住宅综合节能50%～70%，运行费用为普通中央空调的50%～60%。
3.4地热温室
全国地热温室面积目前已超过500万平方米，其中22%在河北省。全国有17个省区在进行地热水产养殖，鱼池面积达160万平方米。如北京的小汤山地热联营开发公司用5公顷地热温室种植绿菜花、紫甘兰、玻璃生菜等优特种蔬菜。湖北省英山地热开发公司地热养殖尼罗非鱼、淡水白鲳、草胡子鲶、甲鱼、牛蛙等，每年向社会提供大规格优质鱼种。河北省黄骅的中捷友谊农场建成我国北方最大的地热越冬鱼场。地热温室丰富了人民的菜篮子，为改善和提高广大人民群众的生活水平作出很大贡献。
3.5 产业化现状
概括全国地热开发利用规模、技术、经济分析研究,可以认为:a.地热发电产业已具有一定基础。国内可以独立建造 30 MW以上规模的地热电站,单机可以达到10 MW。电站可以进行商业运行。b.地热供热产业。全国已实现地热供热 8×106mJ,在天津地区单个地热供暖小区面积已达(8~10)×105mJ。c.地热钻井产。目前己具备施工5000 m 深度地热钻探工程的技术水平,在华北地区,从事地热钻探的3200m型钻机就有15台套,具备了大规模开发地热的能力。d.地热监测体系、生产和回灌体系正逐步完善和建立,但当前正处在试验研究阶段,尚没有形成工业化运行。e.地热法规和标准尚需健全和完善,特别是地下、地面工程设施的施工,需尽快完善和建立技术规程相技术标准。培育专业化施工(从地下到地上)企业,建立企业标推和行业标准。
四、当前我国发展地热能存在的问题
4.1人才资源缺乏、研究力量薄弱
20世纪70～90年代，我国呈现地热开发热潮，培养了一批地热能研究开发骨干，但近40年来我国地热发电事业几乎停滞，造成人才资源缺乏，研究力量薄弱。目前，仅有中科院广州能源研究所、地质和地球物理研究所以及天津大学、北京工业大学等少数科研机构和院校长期坚持从事地热能研究开发，整个科研队伍规模在100人以内，远远落后于风能、太阳能等可再生能源领域的研究队伍。而且，由于国家没有强有力的地热能开发规划指引，国内大型企业几乎没有参和地热发电项目，很难形成产学研结合的人才培养机制，造成我国地热能研究力量较为薄弱。
4.2全国地热资源勘查评价程度低
国家对地热资源勘查评价和基础研究投人严重不足，全国大部分地区尚未开展地热资源勘查，特别是我国西部地区的中低温地热资源，基本未开展正规的地热勘探。全国地热资源总量是个概数，至今尚未取得公认的统一数据。勘查评价滞后于开发利用，影响地热资源勘查开发规划的制定、资源的利用以及地热产业发展。我国陆地地温梯度和美国相似，地质构造活动性更强，具有巨大的EGS资源开发潜力，但资源总体状况不明。目前我国针对浅层地热资源评价及勘查体系已基本建立;然而对于适宜发电的地热资源和增强型地热资源还缺乏一套统一的评价及勘查体系。
4.3地热利用关键技术尚待突破
经历了地热开发热潮后，我国地热利用技术尤其是地热发电技术没有形成积累，也正是这段时间拉大了我国和世界先进水平的差距。相比较风能和太阳能，地热项目规模太小，很难整合国内优势资源形成较强的技术联盟。EGS研究开发涉及资源评估、资源开采和地下工程、热流控制和热力发电系统等技术。目前国内有一些科研院校具有资源评估和开采的研究条件和具有开发高效地热发电系统的实力和经验;国内石油公司进行5OOOm以浅钻探已不存在技术问题，但我国目前EGS技术研究开发尚处于空白，基础科学问题的研究也尚未开展。地热资源开发利用规模化、产业化水平不高，企业生产布局、产品结构和利用方式不合理，重开发轻管理现象普遍存在，影响了地热开发整体经济效益的提高。部分地热企业生产工艺流程落后，技术力量薄弱，经营粗放，竞争无序，盲目追求高额利润，不按规定开采地热资源，不采取综合利用措施，资源利用率低。如采取直供、直排供暖方式的地热井，其热能利用率仅为20%～30%，造成了地热资源的严重浪费。
4.4地热产业缺乏扶持政策
我国长期忽视地热能在可再生能源中的作用，对其竞争力认识不足，导致地热产业在政策上支持力度偏弱，社会各界对地热的认知度不高。总体上看，地热供暖及地源热泵产业虽然已得到国家政策扶持，但力度还不够。而地热发电产业近30年来几乎没有得到国家的支持，《可再生能源法》虽然起了重要的指导作用，但并没有明确了地热发电项目的优惠扶持政策。因此，长期以来我国地热产业更多地呈现粗放型发展，在利用地热资源的同时也浪费了大量的地热资源，缺乏集约化综合梯级利用发展的模式，使得地热资源利用率较低。EGS发电成本具有很强的竞争力，据美国和澳大利亚EGS开发试验后评估，目前EGS发电成本为0. 45美元/度。如地热钻探开采技术实现国产化，在我国建设5～58IOMW的EGS试验发电厂，初步投资估计3一4万元/kW，其投资和发电成本已和风能发电接近(按实际利用率为风能的3～4倍计算，远低于太阳能发电。而按目前石油开采技术的发展趋势，地热钻探开采成本还会大幅度降低。所以一旦EGS开发技术取得突破，其应用前景将比风能、太阳能更具有竞争力。
五、应采取的对策和措施
针对地热资源开发过程中存在的这些问题，我们要深入分析，提出切实可行的解决方案，不断推进我国地热资源的发展，真正使地热资源资源为建设能源节约型、环境友好型和谐社会服务。
第一，建立国家级平台，提高创新能力。在国家能源局的指导下，成立“国家地热能源研发中心”，整合全国优势力量，加强人才的引进和培养，突破关键技术，强化对国家战略任务、重点工程技术的支撑和保障，提高地热能科技自主创新力和核心竞争力。从国家层面上将地热能资源的开发利用提高到和风能、太阳能开发利用相同的高度；从政策扶持、资金投入等各方面支持地热资源开发利用，加快低碳经济和清洁能源发展，并且制定严格的地热行业准入制度，以及地热资源勘查开发和保护的资质制度，以规范地热行业的投资行为。
第二，加强技术研究开发，实施示范工程。将中低温地热发电、增强地热系统(EGS )技术研究开发列人国家“973 " , " 863”计划，针对我国技术积累少、水平低、和国际差距大的现状，重点解决地热能开发过程中的关键科学技术问题。以国家财政扶持和企业投人结合的方式，实施中低温地热发电、增强地热系统(EGS )示范工程。进一步加强对地热资源的支持力度，摸清资源家底。启动调查研究项目，科学规划，重点部署，开展适宜发电的地热资源以及增强型地热资源的调查研究，进行全国地热资源评价和区划，确定我国具有经济开发价值的重点地域。
第三，要发展地热资源循环经济，实现地热资源可持续发展。可持续发展已经是当今世界发展的趋势，地热资源可持续发展意义在于，它是保证当前及未来经济建设和社会发展的需要；同时，地热的开发要尽量减少甚至不破坏自然环境。这就要我们必须以循环经济理论为指导，采取有效的管理体制、先进的技术和完善的制度、法规来实现可持续发展。所以，我国地热资源开发应当朝着吸收世界其他国家的先进经验，加快推广清洁生产技术，实现循环经济的方向发展。
第四，要科学利用地热资源，有效提高地热资源利用率，实现资源利用和资源保护的统一，实现地热资源资源的可持续发展。科学开发地热资源需要先进的科学技术作为支撑，地热的直接利用和梯级利用已成为主要发展趋势。和地热发电相比，直接利用地热具有高达50%～70%的利用效率，而地热发电仅为5%～20%。中国中低温地热资源丰富，中西部的大部分地区地热类型齐全，分布广泛。而高温地热资源仅分布在藏南、滇西和川西地区。因此我们要采取因地制宜、物尽其用的原则，充分发挥资源优势，减少浪费，提高地热利用率。
第五，制定优惠扶持政策，推动地热发电产业化。在《可再生能源法》框架下，制定一系列配套的法规政策和优惠扶持政策，参照太阳能、风力、生物质能发电国家补贴的方式，对地热能发电实行激励机制，以保证我国地热发电和增强地热系统的可持续发展。积极推进地热在旅游业和房地产业的开发利用，进一步扩大地热需求市场和发展空间。开发温泉住宅区、温泉度假村、温泉康乐中心等，力争使地热房地产业和地热旅游业得到合理的开发利用。
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