陽高—天鎮(zhèn)一帶干熱巖地熱資源勘查開發(fā)項目實驗區(qū)

地球，因地熱能賦存于其內(nèi)部巖土體、流體和巖漿體當中，是名副其實的“熱球”“熱庫”。地熱資源作為一種儲量豐富、分布較廣、穩(wěn)定可靠的可再生能源，近年來在“雙碳”背景下備受矚目。

我國幅員遼闊，隨著全國地熱能調(diào)查精度的持續(xù)提高，地熱家底逐漸明晰。傳統(tǒng)理論認為，高溫地熱資源帶主要位于地殼各大板塊的邊緣，在我國主要分布于西藏南部、云南西部、四川西部等地。但是，近年來山西省大同市“陽高—天鎮(zhèn)一帶干熱巖地熱資源勘查開發(fā)”項目取得的重大突破，打破了此前的理論認知，拓寬了地熱學科邊界，拓展了地熱產(chǎn)業(yè)布局。

基于此，今年9月初在大同市舉辦的“綠色未來——2022地熱能產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇”，探討了地熱能高效利用路徑、深部高溫地熱資源勘查理論方法創(chuàng)新等議題，為我國地熱產(chǎn)業(yè)發(fā)展繪前景、描宏圖。

地熱大國家底漸明

地熱能按照賦存狀態(tài)可分為水熱型、干熱巖型等；按照埋深可分為淺層地熱資源、中深層地熱資源等；按照井口溫度分級可分為高溫地熱能、中溫地熱能和低溫地熱能。

地熱能一般按照溫度由高到低進行梯級利用。水溫大于90℃的熱水用于烘干、發(fā)電、采暖；利用后水溫降低到90℃~40℃之間，可用于采暖、理療、洗浴、溫室；再次利用后，水溫降低到40℃~25℃之間，用于水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)灌溉等。水溫低于25℃的，既可以運用熱泵技術進行利用（例如淺層地熱能），也可以處理達標后，按技術規(guī)范同層等量回灌。

中國自然資源報社記者從2022地熱能產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇（以下簡稱“論壇”）上獲悉，我國地熱資源量約占全球的1/6。2021年（冰島）第六屆世界地熱大會統(tǒng)計顯示，在清潔供暖需求帶動下，中國地熱能直接利用（非電利用）呈加速發(fā)展趨勢，裝機容量為40.6吉瓦，占全球的38%，位居世界第一，是排名第二美國的兩倍。

盡管如此，利用效能高的地熱發(fā)電，在我國由于資源分布、技術經(jīng)濟等原因規(guī)模較小、進展緩慢。20世紀70年代起，我國在西藏地區(qū)探索高溫地熱發(fā)電，建設了羊八井、羊易、朗久、那曲等地熱電站。目前，部分地熱電站由于技術和經(jīng)濟原因關停，僅羊八井、羊易部分機組仍在運行。

“十三五”以來，聚焦北方地區(qū)清潔供暖，助推國家“藍天保衛(wèi)戰(zhàn)”戰(zhàn)略實施，國家發(fā)布了《地熱能開發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》。在“雙碳”目標引領下，地熱產(chǎn)業(yè)高質量快速發(fā)展。

中國工程院院士、國家地熱中心技術委員會主任郭旭升介紹，當前全國地熱能調(diào)查精度持續(xù)提高，地熱家底逐漸明晰。160萬平方千米國土達到1∶25萬精度，2萬平方千米達到1∶5萬精度。近5年新增大地熱流數(shù)據(jù)在前40年總量基礎上增長了21%，基本覆蓋陸域全部一、二級構造單元。

淺層地熱能方面，我國完成336個地級以上城市淺層地熱資源調(diào)查。據(jù)評估，可開采資源量折合7億噸標準煤。據(jù)統(tǒng)計，“十三五”期間，我國淺層地熱能利用年增長率為10%，到2020年底，淺層地熱能供暖/制冷面積為8.1億平方米。“目前，我國淺層地熱能供暖（制冷）面積已位居世界第一。京津冀開發(fā)利用規(guī)模最大，其他主要分布在遼寧、山東、湖北、江蘇、上海等?。ㄊ校┏菂^(qū)。”中國地質調(diào)查局淺層地溫能研究與推廣中心主任李寧波介紹。

中深層水熱型地熱能方面，華北地區(qū)地熱能調(diào)查全面推進，雄安新區(qū)首次完成全區(qū)整裝勘查。我國4000米以淺的中深層地熱資源量折合標煤12500億噸，年可開采資源量折合標煤18.7億噸。到2020年底，我國水熱型地熱供暖面積累計約5.82億平方米，超額完成“十三五”規(guī)劃目標。

在干熱巖勘探與開發(fā)領域，數(shù)十年來一直是發(fā)達國家領跑。我國干熱巖資源勘探開發(fā)現(xiàn)處于探索階段，在青海省共和盆地，初步形成了干熱巖高溫測井、耐高溫鉆完井、高溫花崗巖熱儲縫網(wǎng)壓裂與裂縫監(jiān)測等關鍵技術，為后續(xù)利用積累了寶貴經(jīng)驗。

能源革命取得突破

山西省作為我國第一個能源革命綜合改革試點區(qū)，近年來成果突出，位于大同市的陽高—天鎮(zhèn)一帶干熱巖地熱資源勘查開發(fā)取得的重大突破備受關注。

2020年3月，天鎮(zhèn) GR1勘探孔鉆探至地下1624.01米時，探獲高溫高壓地熱流體，孔口溫度160.2℃，單井流量230立方米/小時以上，成為我國內(nèi)地中東部地區(qū)發(fā)現(xiàn)的溫度最高、自流量最大的地熱井。

圖片天鎮(zhèn) GR1勘探孔鉆放噴試驗現(xiàn)場

“地熱流體從1600米深處噴出地表，這個令人震撼的場景視頻傳來后，我一晚上沒睡著?！敝袊茖W院院士王焰新動情地說。

噴薄而出的地熱流體，也沖破了傳統(tǒng)理論的藩籬。此前認為，大于150℃的高溫地熱資源帶主要出現(xiàn)在地殼各大板塊的邊緣，熱儲多為花崗巖，在我國主要分布于西藏南部、云南西部、四川西部和臺灣等地。而山西陽高—天鎮(zhèn)一帶不具備上述地質條件。

近年來，業(yè)內(nèi)專家根據(jù)創(chuàng)新理論，預測了大同、忻州等地存在干熱巖和高溫地熱資源。2016年起，山西省地質勘查局在中國科學院院士朱日祥、王焰新等專家的指導下，與中國地質大學（武漢）合作開展了全省干熱巖地熱資源勘查選區(qū)調(diào)查研究項目，圈定了天鎮(zhèn)縣馬圈庠、陽高縣弧山廟等干熱巖勘查選區(qū)。

山西省自然資源廳于2017年批準立項陽高—天鎮(zhèn)一帶干熱巖地熱資源預可行性勘查項目，2019年8月項目正式開鉆，至2020年3月取得突破性成果。

專家論證認為，該成果對山西能源革命乃至全國可再生清潔能源勘探開發(fā)具有重大意義?！吧轿鬟@次地熱井發(fā)現(xiàn)，是地熱界的一個新的里程碑，在此類區(qū)域發(fā)現(xiàn)這么好的地熱資源，在全國是第一份。”中國能源研究會地熱專業(yè)委員會主任田廷山說。

山西省在這一成果的基礎上，部署了大同盆地重點地區(qū)深部高溫地熱資源詳查專項、共建地熱資源勘查及開發(fā)利用重點實驗室、建設山西高溫地熱能科研示范試驗電站3項重點工作，以盡快探明高溫地熱資源賦存情況，探索高溫地熱發(fā)電和梯級開發(fā)利用，為產(chǎn)業(yè)化布局提供支撐。

今年8月，山西省自然資源廳發(fā)布了《關于做好自然資源工作促進地熱能產(chǎn)業(yè)高質量發(fā)展的通知》，要求統(tǒng)籌做好資源評價、規(guī)劃管控、要素保障、集約利用、聯(lián)合監(jiān)管等各項工作，促進地熱能產(chǎn)業(yè)高質量發(fā)展。中國石化新星公司、山西地質集團、山西雙良集團等企業(yè)代表表示，要在政府的指導下，探索有利于地熱能開發(fā)利用的新型管理技術和市場運營模式。

在今年9月的“綠色未來——2022地熱能產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇”期間，與會專家、業(yè)界代表來到天鎮(zhèn)縣山西高溫地熱資源開發(fā)利用科研示范基地考察。這里正按照“小功率、多機組”思路，探索高溫地熱水質與發(fā)電工藝適應性，為大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)做好前期試驗研究。

“我們力爭到‘十四五’末建成地熱發(fā)電裝機2萬千瓦。”基地相關負責人介紹說，深部高溫地熱資源勘查完成后，這里正逐步推進地熱能發(fā)電、供暖、種植、養(yǎng)殖、康養(yǎng)梯級開發(fā)利用示范建設，為能源產(chǎn)業(yè)高質量發(fā)展再添新動能。