国内外地热能开发及利用现状介绍

国内外地热能开发及利用现状国内外地热能开发及利用现状介绍介绍 中国能源网研究中心 王鸿雁 张葵叶 地热资源是在当前技术经济条件和地质条件下 能够从地壳内科学 合理地开发 出来的岩石热能量 地热流体热能量及其伴生的有用组分 地热资源既属于矿产资源 也是可再生能源 目前可利用的地热资源主要包括 天然出露的温泉 通过热泵技术 开采利用的浅层地温能 通过人工钻井直接开采利用的地热流体以及干热岩体中的地 热资源 在全球各国积极应对气候变化 努力减少温室气体排放的背景下 近年来 全球地热能开发及利用取得较快发展 也越来越引起我国政府及企业的重视 一 一 全球地热资源分布及利用全球地热资源分布及利用 一 一 全球地热资源分布全球地热资源分布 全球地热储量十分巨大 理论上可供全人类使用上百亿年 据估计 即便只计算 地球表层 10km 厚这样薄薄的一层 全球地热储量也有约 1 45 1026J 相当于 4 948 1015吨标准煤 是地球全部煤炭 石油 天然气资源量的几百倍 1 世界上已 知的地热资源比较集中地分布在三个主要地带 一是环太平洋沿岸的地热带 二是从 大西洋中脊向东横跨地中海 中东到我国滇 藏地热带 三是非洲大裂谷和红海大裂 谷的地热带 这些地带都是地壳活动的异常区 多火山 地震 为高温地热资源比较 集中的地区 2 图 1 所示为全球地热资源集中分布带 图图 1 全球地热资源集中分布带全球地热资源集中分布带 来源 鹿清华 张晓熙 何祚云 国内外地热发展现状及趋势分析 J 石油石化节能与减 排 2012 2 1 39 42 二 全球地热资源利用 二 全球地热资源利用 地热资源按赋存形式可分热水型 地压地热能 干热岩地热能和岩浆热能四种类 型 根据地热水的温度 又可分为高温型 l50 中温型 90 150 和低温型 90 三大类 地热能的开发利用可分为发电和非发电两个方面 高温地热资源主要 用于地热发电 中 低温地热资源主要是直接利用 多用于采暖 干燥 工业 农林 牧副渔业 医疗 旅游及人民的日常生活等方面 此外 对于 25 以下的浅层地温 可利用地源热泵进行供暖 制冷 根据 2010 世界地热大会的最新数据 2010 年 全球有 24 个国家开发了地热发电 项目 总装机容量 10715MWe 年发电利用总量为 67246GWh 平均利用系数为 0 72 有 78 个国家开展了地热直接利用活动 总设备容量为 50583MWt 年利用热能 GWh 平均利用系数 0 27 表 1 地热发电排名前 10 的国家 国家国家装机容量装机容量 MWeMWe 运行能量运行能量 MWe MWe 总生产能量总生产能量 GWh y GWh y 运行率运行率 运行机组运行机组 套套 美国 30932024166030 94209 菲律宾 19041774103110 6656 印尼 1197119796000 9222 墨西哥 95895870470 8437 意大利 84384355200 7533 新西兰 62862840550 7443 冰岛 57557545970 9125 日本 53642230640 8320 萨尔瓦多 20419214220 857 肯尼亚 16716711310 786 表 2 地热直接利用排名前 10 的国家 国家国家总生产能量总生产能量GWh yGWh y主要利用方式主要利用方式 中国 20932 直接供热 地源热泵 洗浴 美国 15710 地源热泵 瑞典 12585 地源热泵 土耳其 10247 直接供热 日本 7139 洗浴 挪威 7001 地源热泵 冰岛 6768 直接供热 法国 3592 直接供热 德国 3546 洗浴 直接供热 荷兰 2972 地源热泵 数据来源 国家可再生能源中心 近年来 地热资源直接利用发展迅速 其中地源热泵是增长最快的利用方式 2010 年世界地源热泵的设备容量为 35236MWt 兆瓦热量 在五年间增长了 2 29 倍 平均年增长率为 18 0 世界地源热泵的应用集中在北美 欧洲和中国 美国的绝大 多数机组按制冷荷载的峰值设计 可以涵盖全部供热需求 除北部的州 其平均运行 2000 小时供暖 利用系数 0 23 欧洲的绝大部分机组按供暖基础荷载设计 并常考虑 用化石燃料补充峰值荷载 这样的机组在北欧国家一年可运行 6000 小时 利用系数 达 0 68 从统计来看 冰岛和土耳其地热能的贡献最大 冰岛 89 的房屋供暖来自地 热能 土耳其地热供暖达到全国供暖面积的 30 3 2013 年 3 月 5 日 8 日 世界银行常务副行长英卓华在冰岛地热大会上号召世界 各国的捐赠人 多边银行 政府及私营部门积极加入 全球地热开发计划 GGDP 期待可以在更好地管理并降低地热勘探钻井风险的同时 让目前处于边缘领域的地热 能源发展成为主流能源 实现为数百万人供电的目标 GGDP 的初步目标是筹集 5 亿 美元鼓励发展中国家开发地热能源 二 二 国内地热能开发利用现状国内地热能开发利用现状 一 中国地热资源分布 一 中国地热资源分布 我国地热资源总量约占全球的 7 9 可采储量相当于 4626 5 亿 t 标准煤 是地 热资源相对丰富的国家 我国的高温地热资源主要分布在藏南 滇西 川西以及台湾 省 西藏高温热田主要集中在羊八井裂谷带 其中藏南西部 东部及中部约有 108 个 高温热田 构成中国高温热田最富集的地带 云南是全国发现温泉最多的省 高温热 田主要分布在怒江以西的腾冲 瑞丽地区 约 20 处 川西分布着 8 个高温地热区 为 藏滇高温地热带的一部分 我国主要以中低温地热资源为主 中低温地热资源分布广 泛 几乎遍布全国各地 主要分布于松辽平原 黄淮海平原 江汉平原 山东半岛和 东南沿海地区 其主要热储层为厚度数百米至数千米第三系砂岩 砂砾岩 温度在 40 80 左右 从温泉出露的情况来看 我国主要有四个水热活动密集带 藏南 川 西 滇西水热活动密集带 台湾水热活动密集带 东南沿海地区水热活动密集带 胶 东 辽东半岛水热活动密集带 4 图 3 中国地热资源分布概况 来源 胡圣标 何丽娟 汪集 中国大陆地区大地热流数据汇编 第三版 地球物理学报 2001 44 05 611 626 doi 2009 年至 2011 年 国土资源部在系统收集中国基础地质 地热地质 水文地质 城市地质 石油地质等已有资料的基础上 对地热资源潜力进行了重新评价 评价认 为 中国浅层地温能资源量相当于 95 亿吨标准煤 每年浅层地温能可利用资源量相 当于 3 5 亿吨标准煤 如全部有效开发利用则每年可节约标准煤 2 5 亿吨 减少二氧 化碳排放 5 亿吨 全国沉积盆地地热资源储量折合标准煤 8530 亿吨 每年可利用的 常规地热资源总量相当于 6 4 亿吨标准煤 每年可减少 CO2排放 13 亿吨 中国大陆 3000 米至 10000 米深处干热岩资源总计相当于 860 万亿吨标准煤 是中国目前年度能 源消耗总量的 26 万倍 我国现已查明 287 个地级以上城市浅层地温能 12 个主要沉 积盆地地热资源 2562 处温泉区隆起山地地热资源 三 中国地热能利用现状 我国在两千多年前就开始利用地热资源 但真正意义上科学开发利用地热资源是 从上世纪 70 年代开始 经过四十多年的发展 已经形成以供暖 洗浴等直接利用方 式和发电为主的地热资源开发利用格局 另外由于浅层地温能几乎不受资源限制并且 技术日趋成熟 因此近几年利用地源热泵开发浅层地温能进行供暖和制冷在我国各地 区发展迅速 我国地热资源的开发利用促进了经济增长 产生了明显的经济 社会和 环境效益 据国土资源部最新的数据资料 我国目前的地热资源用于发电的有 4 处 西藏有 3 处 分别是羊八井 那曲和朗久 3 个热田 总装机容量为 25180kW 广东丰 顺地区有一处 其装机容量为 300kW 其余主要用于洗浴 医疗 养殖和农业大棚 1 地热发电 地热发电 地热发电是利用地下热水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术 有高温地热蒸汽 发电和中低温地热水发电两种方式 1970 年 中国科学院在广东省梅州市丰顺县汤坑 镇邓屋村建起了发电量 0 3MW 的地热发电站 是我国第一座地热发电站 但真正意 义上地热发电主要集中在西藏羊八井 高温地热蒸汽发电高温地热蒸汽发电 我国西藏南部经四川西部至云南西部 属于全球性地中海 喜马拉雅地热带的东 段 带内有温泉 1000 余处 其中高于当地沸点的有 81 处 目前开发用于发电的仅羊 八井地热田 1 处 完成勘探评价的有羊易地热田 1 处 其余丰富的高温地热资源仅在 青藏铁路沿线的谷露 董翁 续迈 吉达果等 10 余处进行过详细勘查 所有这些勘 查过的地热田其地热发电潜力为 13 75 104kW 西藏地热资源普查估算的资源总量为 2 99 108kW 5 20 世纪 70 年代 我国开始利用高温地热资源发电 先后建成了西藏羊八井 那 曲 郎久等 7 个地热发电站 然而 由于种种原因 到 2010 年 我国高温地热发电 仅剩下羊八井电站 该电站维持总装机容量 24 18MW 占拉萨电网总装机容量的 41 5 自 1977 年投产至 2010 年 已持续稳定运行了 33 年 年运行时间 4500 6000 小时 平均利用率为 68 累计发电量已超过 24 亿千瓦时 年发电量稳 定在 1 亿千瓦时左右 约占藏中电网的 10 3 中低温地热水发电中低温地热水发电 中低温地热水发电主要是利用地下热水加热某种低沸点的有机工质推动汽轮机发 电 我国 20 世纪 70 年代的中低温地热水发电已具备相当水平 创造了 67 世界最 低温度发电的实例 近些年来 我国还在研究开发另一种中低温地热水发电技术 称 为螺杆膨胀动力机 这一技术在国外也属于探索性的创新技术 我国自 20 世纪 80 年代起开始研究 制成了 5kW 的试验机组 1993 年又作为国家 八五 攻关项目开 始工业试验机的技术研究 5 2008 年 国电龙源电力集团在羊八井采用双螺杆膨胀动 力机技术新建了一个小型地热电项目 可以将地热水全部引入到动力机膨胀做功 地 热水在送入全流动力机前无需进行扩容和闪蒸等处理 能量的利用率有较大提高 该 项目分两期建设 一期装机 1 兆瓦 于 2009 年 8 月投入运行 经一年多实际运行考 验 到 2010 年底已累计发电量达 560 千瓦时 项目二期装机为 1 兆瓦 已于 2010 年 5 月开工 我国中低温地热资源丰富 如果螺杆膨胀动力机技术取得进一步成功 前 景将非常广阔 2 中低温地热水直接利用 中低温地热水直接利用 地热直接利用是指不需进行热 电能量转换的地热利用 即地热非电利用 我国 中低温地热直接利用主要在地热供暖 医疗保健 洗浴和旅游度假 养殖 农业温室 种植和灌溉 工业生产 矿泉水生产等方面 并逐步开发了地热资源梯级利用技术 地下含水层储能技术等 随着近年来地源热泵的兴起 地热直接利用在全球地热能开 发利用中的比重大幅提高 已远远超过地热发电 根据上海证券报报道 截至 2005 年底 在全国地热水利用方式中 供热采暖占 18 0 医疗洗浴与娱乐健身占 65 2 种植与养殖占 9 1 其他占 7 7 到 2010 年 我国地热资源直接利用量达 20932GWh 居世界首位 浅层地温能供暖 制冷 面 积达到 1 4 亿平方米 地热直接供暖面积达到 3500 万平方米 洗浴和种植使用地热热 量约合 50 万吨标准煤 各类地热能总贡献量合计 500 万吨标准煤 3 地热供暖地热供暖 地热供暖是将地下热水经过一定的处理后送入换热器 加热供暖系统中水流 进 而热水通过暖气片和地板对千家万户进行供暖 我国地热供暖主要集中在北方的北京 天津 西安 郑州 鞍山等大中城市以及黑龙江大庆 河北霸州 固安 牛驼镇等油 区城镇 利用热泵技术开发利用 60 100 的中低温地热水 热尾水和浅层地热能 北 方地热采暖 已取得良好的效果 天津市浅层地热能资源十分丰富 多数热井可产出 80 95 的地热水 最高达 103 最深的地热井为 4000 平方米 据国土资源报 2011 年报道 在天津有供暖小 区 140 个 地热供暖面积达到 1200 万平方米 约占全市集中供暖总面积的 10 占 全国地热供暖总面积的 50 是我国利用地热供暖规模最大的城市 另外 陕西省的咸阳市和西安市 山东省的德州 东营 滨州 聊城等市 北京 市以及河北省 辽宁 黑龙江等省的一些城市 也都有地热供暖利用 医疗保健与温泉洗浴医疗保健与温泉洗浴 地热水含有丰富的对人体健康有益的多种矿物质元素 具有较高的医疗保健价值 在我国利用温泉热水进行医疗保健的历史已经非常悠久 公元前 100 年汉代张衡的 温泉赋 中便记有 有疾疠兮 温泉治焉 我国在 50 年代已建成上百座温泉疗养 院 所 据不完全统计 在 2008 年之前我国就已建温泉地热水疗养院 200 余处 突出 医疗利用的温泉浴疗有 430 处 而且每年都以 10 的速度增长 除疗养院外 在已经 开发利用的地热田中 全部或部分用于洗浴方面约占地热田总数的 60 以上 全国现 有公共温泉浴池和温泉游泳池 1600 处 全国开发地热水用于洗浴的水量估计每年约 1 38 亿立方米 利用地热能 716 45MW 即每年相当于节约或减少了 77 1 万 t 标准煤 用量 为 6 88 亿人次提供了地热水洗浴 6 我国藏南 滇西 川西及台湾一些高温温泉和沸泉区 不仅拥有高能位地热资源 同时还拥有绚丽多彩的地热景观 如 云南省腾冲是保存完好的火山温泉区 拥有火山 地热景观及珍贵的医疗矿泉水价值 台湾省的大屯火山温泉区也是温泉疗养和旅游观 光胜地 养殖养殖 地热养殖是指利用地热水进行鱼 虾等名贵水产和动物的亲本保种 苗种早繁越 冬 延长生长期和冬季养殖 我国地热养殖在北京 天津 福建 广东等地起步较早 现已遍及 20 多个省 区 市 的 47 个地热田 建有养殖场约 300 处 鱼池面积约 445 万平方米 全国水产养殖耗水量约占地热水总用水量的 5 7 左右 7 主要养殖非洲罗 非鱼 鳗鱼 甲鱼 青虾 牛蛙等 每年成年鱼繁殖能力比在普通水域养殖的鱼大 100 多倍 大量的新鲜鱼类等畅销海内外 取得了显著的经济效益并提高了农民收入 如北京昌平小汤山地热田 由县畜牧水产局在该地建有两处水产养殖场 年产鱼 20 万公斤 启用 8 个地热井 年耗水 120 万立方米 亩平均年耗地热水 5800 立方米 产鱼每公斤耗地热水 6 0 立方米 估计全国用于水产养殖所消耗的地热水约 1 400 万 立方米左右 农业温室种植和灌溉农业温室种植和灌溉 利用地热资源非常适合生物的反季节 异地养殖与种植 利用地热能可以为温室 供暖 地热水中的矿物质还可以为生物提供所需的养分 用于农业的地热水 主要为 低矿化 低温 40 以下 地热水 也有将高温地热水通过梯级利用后剩余的低温 在我国北方 地热主要用于种植较高档的瓜果类 菜类 食用菌 花卉等反季节 异 地养殖与种植 到 2011 年 全国共有地热温室和大棚 133 万平方米 我国温室种植 开采利用地热资源每年折合标准煤 21 5 万吨 占地热资源年开采总量的 3 4 7 工业生产工业生产 我国地热工业生产目前主要用于纺织印染 洗涤 制革 造纸与木材 粮食烘干 等 部分地热水还可提取工业原料 如腾冲热海硫磺塘采用淘洗法取磺 洱源县九台 温泉区挖取芒硝和自然硫 华北油田利用封存的油井深部奥陶系进行地热水伴热输油 完全替代了锅炉热水伴热输油 取得了明显的经济 社会效益 矿泉水生产矿泉水生产 中国开发地热水生产饮用天然矿泉水始于 80 年代后期 有两种作法 一是利用 地热水中某些微量元素 组分 达到饮用天然矿泉水标准 经过处理后生产饮用矿泉 水 二是直接利用地热水生产饮用天然矿泉水 据统计 全国利用地热水生产或准备 生产饮用天然矿泉水的有近 40 处 主要是北京 安徽 广东 广西 重庆 贵州 云南 陕西 青海等省 自治区 直辖市 以利用矿化度 0 6g L 以下 温度 50 以 下的地热水为主 3 地源热泵应用 地源热泵应用 地源热泵又称地源中央空调 可从土壤中吸收热量或提取冷量送入室内释放 达 到空调的目的 用一套设备可以满足供热和制冷的要求 同时还可以提供生活热水 我国地源热泵自 2004 年以来发展迅速 2007 年增长了近 1800 万 2008 年增长了 2400 万 2009 年更增长了 3870 万 全国地源热泵总利用面积已达 1 007 亿 2010 年 中国地源热泵在世界上的排名跃升至世界第二位 中国连续两年的年增长率 都超过 60 远高于同期世界平均发展速度 20 22 据制冷快报报道 截至 2010 年 3 月 我国应用浅层地温能供暖制冷的建筑项目 2236 个 地源热泵供暖面积达 1 4 亿平方米 80 的项目集中在北京 天津 河北 辽宁 河南 山东等地区 在北京 利用浅层地温能供暖制冷的建筑约有 3000 万平方米 沈阳则已超过 6000 万平方米 8 此外 我国已具备了比较完备的开发利用浅层地热能的地源热泵工程技术 设备 监测和控制系统 2010 年我国生产热泵机组的厂商已发展至超过 200 家 分布在山东 北京 深圳 大连 杭州 苏州 广州等地 产品以水 水系统的大机组为主 主流 是螺杆式压缩机 壳管式换热器 也有涡旋式压缩机 板式换热器或套管式换热器的 模块式机组 大型机能达 2000kW 3000kW 制热 制冷 量 也有小型适应家庭使用 的 10kW 机 但以 50kW 2000kW 为主要产品 除热泵主机外 热泵相关配件和 PE 管线等生产厂家还有 100 多家 另外 国外知名品牌的热泵公司也陆续登陆中国 建 立生产基地或寻找合资企业 产品就地供应中国市场 同时 设计和施工队伍也迅速 扩大 目前全国该行业的设计和施工队伍超过 10 万人 7 三 三 我国地热能开发及利用的政策我国地热能开发及利用的政策梳理梳理 在我国 地热资源属矿产资源范畴 被列入能源矿产类 地热资源勘查及开发执 行 中华人民共和国矿产资源法 及其配套法规 并归国土资源部及其下属职能单位 管理 同时 我国在 可再生能源法 中明确 地热能属于非化石能源 也属于可再 生能源范畴 2008 年 国家能源局成立 专门设立了新能源和可再生能源司 从组织 机构上加强了国家对包括地热能在内的可再生能源的管理力度 近年来 由于全球性能源形势紧张日益加剧和日益严重的环境问题 地热资源作 为一种可再生能源 其开发利用得到了前所未有的发展 尤其是浅层地温资源的开发 掀起热潮 这推动了我国地热法制化 规范化 科学化管理上全面水平 进入 21 世 纪之后 国家出台了一系列的促进政策 为地热能及其他可再生能源的发展保驾护航 2002 年 12 月 国土资源部 关于进一步加强地热矿泉水资源管理的通知 国土 资发 f 号 指出 地热资源是宝贵的矿产资源 是重要的清洁能源之一 要加大地热资 源的勘查评价力度 加强地热资源开发和保护 开展地热开发示范项目和地热水回灌 等新技术的研究推广工作 实现地热资源的可持续利用 2005 年 2 月 28 日 中华人民共和国可再生能源法 颁布 并于 2006 年 1 月 1 日起正式实施 可再生能源法 中明确规定 地热能属于非化石能源 也是可再生 能源 国家将地热能开发利用纳入可再生能源鼓励范围 2005 年 11 月 29 日 国家发展和改革委员会制订并颁布了 中华人民共和国可再 生能源产业发展指导目录 地热发电 地热供暖 地源热泵供暖和 或空调 地下 热能储存系统被列入重点发展项目 地热井专用钻探设备 地热井泵 水源热泵机组 地热能系统设计 优化和测评软件 水的热源利用等被列为地热利用领域重点推荐选 用的设备 2006 年 1 月 1 日起 由国家发展和改革委员会制订的 可再生能源发电价格和费 用分摊管理试行办法 开始执行 其中 第九条规定 地热能发电项目上网电价实行 政府定价 其电价标准由国务院价格主管部门按照合理成本加合理利润的原则而制定 2006 年 4 月 国土资源 十一五 规划纲要 出台 提出 十一五 期间要加 大能源矿产的勘查力度 开展地热 干热岩资源潜力评价 圈定远景开发区 2006 年 财政部发布的 可再生能源发展专项资金管理暂行办法 中 第二章 扶持重点 中第七条指出 建筑物供热 采暖和制冷可再生能源开发利用 重点支 持太阳能 地热能等在建筑物中的推广应用 2007 年 1 月 建设部发布 建设事业 十一五 重点推广技术领域 确定了 十一五 期间九大重点推广技术领域 其中 建筑节能与新能源开发利用技术领域 中重点推广太阳能 浅层地温能 生物质能及其他能源利用技术 其中重点推广建筑 节能改造技术 供热采暖制冷系统节能改造技术 2007 年 6 月 国务院发布 国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知 国发 2007 15 号 明确提出要 大力发展可再生能源 抓紧制订出台可再生能源 中长期规划 推进风能 太阳能 地热能 水电 沼气 生物质能利用以及可再生能 源与建筑一体化的科研 开发和建设 加强资源调查评价 2007 年 9 月印发的 可再生能源中长期发展规划 对地热能的中长期发展目标和 方向做出明确的规定 要积极推进我国地热能的开发利用 合理利用地热资源 推广 满足环境保护和水资源保护要求的地热供暖 供热水和地源热泵技术 在夏热冬冷地 区大力发展地源热泵 满足冬季供热需要 在具有高温地热资源的地区发展地热发电 研究开发深层地热发电技术 在长江流域和沿海地区发展地表水 地下水 土壤等浅 层地热能进行建筑采暖 空调和生活热水供应 到 2010 年 地热能年利用量达到 400 万吨标准煤 到 2020 年 地热能年利用量达到 1200 万吨标准煤 到 2020 年 建成 潮汐电站 10 万千瓦 2008 年 12 月 13 日 国土资源部下发了 关于大力推进浅层地热能开发利用的通 知 从调查评价 编制规划 加强监测 3 个方面 对大力推进我国浅层地热能资源 的开发利用进行了部署 同时也颁布了其他一些包括地热资源在内的可再生能源的促 进办法 2012 年 8 月 国家能源局发布 可再生能源发展 十二五 规划 指出 我国 要合理开发利用地热能 发挥地热能分布广的优势 加快地热资源勘察 加强地热开 发利用规划管理 提高地热能开发利用技术水平和开发利用规模 统筹规划和有序开 展地热直接利用 加快浅层地温能资源开发 适度发展各类地热能发电 到 2015 年 各类地热能