地熱利用 潛力巨大

孔彥龍

巴黎奧運會期間，奧運村採用了地源熱泵系統降溫，該系統使用的主要是地熱能。不久前，國際能源署發佈的一篇報告建議，國際社會採取更多措施推廣使用熱泵系統，更好利用地熱能。

地熱能是指賦存於地球內部岩土體、流體和岩漿體中，可爲人類開發和利用的熱能。常提到的溫泉、火山噴發等現象，都是地熱能巨大資源量的直觀展現。僅地表以下10千米以內的地熱資源量，就大約相當於1億億噸標準煤；若能夠利用其中的2‰，按目前世界年消耗210億噸標準煤計算，理論上便可以滿足人類近千年的能源需求。

地熱能不僅儲量豐富，還具有一系列重要的特徵：穩定、低碳和可再生。穩定是指地熱能可以一天24小時持續輸出基本穩定的能量，不受天氣、晝夜、季節影響；低碳是指地熱能的開發利用過程中很少排放二氧化碳，是典型的非碳基能源；可再生則是指地球正處於青壯年期，地熱能可從地球深部源源不斷地向淺部傳輸。

目前，人類可觸及的地殼深度大多不超過10千米。因此，評估地熱能資源量通常限定在10千米之內，並根據能源品位、開採技術和利用形式等綜合劃分爲淺層、中深層和深層地熱能。

淺層地熱能，深度範圍一般爲200米以內，溫度大多不高，但一年四季相對恆定，低於夏季平均氣溫、高於冬季平均氣溫，因此可以作爲一個穩定的冷/熱源。巴黎奧運會的地熱能系統從附近地下約70米深的井中抽取地下水，採用熱泵冷卻至4攝氏度，再輸送到奧運村公寓地板下的管道中，以此來降低室內溫度。

中深層地熱能，一般介於200—3000米之間，多由地下水作爲傳熱載體，可通過抽取熱水或水汽混合物提取熱量，用來發電、供暖、製冷、洗浴、烘乾、養殖等。地熱發電是水熱型地熱能利用的重要方式。比如，可以利用地熱能流體的熱量產生蒸汽以驅動蒸汽輪機，從而將熱能轉化爲機械能並驅動發電機產生電能。地熱發電利用效率高，每年可工作超過8000小時，連續穩定輸出電能。

深層地熱能，通常超過3000米，熱能品位高，但往往含水量很低或不含水，需要通過人工造儲的方式，形成增強型地熱系統加以開發利用。深層地熱能擁有巨大的資源潛力，被譽爲“地熱能的未來”。目前，該項技術運用和推廣尚處於開發探索階段。2017年以來，中國地質調查局和青海省自然資源廳等在青海共和盆地組織開展地熱(含乾熱巖資源)勘探試採，取得一系列突破性成果，並於2021年實現試驗性發電併網。今年4月，中國石化部署在海南的福深熱1井順利完鑽，井深達5200米，深層地熱能開發利用工作邁上了新的臺階。

過去幾十年，地熱能雖被大量開發利用，但與其巨大的儲量相比，可謂九牛一毛。根據2023年世界地熱大會發布的數據，全球有32個國家實施了地熱發電，總裝機在16吉瓦左右；有88個國家運用地熱開展除發電以外的直接利用，總裝機約173吉瓦；中國利用地熱進行供熱製冷的裝機量超過全球總量的一半。國際地熱協會提出了到2030年實現全球地熱發電總裝機48吉瓦、直接利用總裝機520吉瓦的發展目標。

當前，地熱能的開發利用涌現了衆多新概念、新技術、新模式，如地球充電寶、地球電池、地球儲能系統等。其原理是將夏季的餘熱、餘電等經濟性強卻無法被及時利用的能量，以水或二氧化碳等工質爲載體回灌至地球內部，以地熱能的形式實現規模化的長時跨季節儲能。目前，歐盟、美國國家科學基金會均支持了多個地下儲熱項目。我國也由中國科學院牽頭，在雄安新區開展了高溫含水層儲熱實驗，取得了良好進展。

地熱能，取之於地球，又還地球以清潔。隨着新技術、新模式的不斷開發運用，地熱利用將爲全球能源結構轉型提供持續動力。

(作者爲中國科學院地質與地球物理研究所研究員)

《 人民日報 》( 2024年08月20日 17 版)