地熱資源科學探尋

山西大同取得突破性成果后，地熱界探討的問題是，干熱巖和高溫地熱資源形成機制究竟是怎樣的？類似陽高—天鎮(zhèn)一帶的高溫地熱資源，接下來在何處尋找？

據(jù)介紹，地熱資源分布受地質(zhì)構造控制，傳統(tǒng)理論認為，深部熱源主要由巖漿提供。例如，冰島等利用地熱能最好的國家，其地熱電站都建在年輕火山的分布區(qū)。

“但中國的巖漿熱源型高溫水熱資源的分布和晚新生代火山的分布并沒有一致性?！蓖跹嫘轮赋?，五大連池和長白山等板內(nèi)火山雖然年輕，附近卻不存在巖漿熱源型高溫水熱資源的分布。西藏南部存在板緣巖漿熱源型高溫水熱資源分布，卻沒有任何晚新生代火山?？梢?，地表年輕火山未必是地下存在巖漿熱源型水熱資源的必要條件。

不依據(jù)火山，如何找高溫地熱？

王焰新院士團隊通過基礎性研究指出，地球深部存在以剪切作用為主的軟流層，其上部的地殼脆性—韌性轉(zhuǎn)化帶，是干熱巖的熱源，一般深度在10千米~15千米，如果在一個區(qū)域6千米~10千米深度能找到脆性—韌性轉(zhuǎn)化帶，就能找到干熱巖。

地殼韌性形變與熱隆升—伸展構造有關，熱隆升—伸展構造形成地塹或裂谷。因此，優(yōu)質(zhì)的高溫地熱資源一般分布在比較強烈的新生代盆山體系。山西省六大盆地中的5個盆地，包括大同盆地，都是裂谷系地塹構造，因而具有發(fā)現(xiàn)高溫地熱的天然稟賦。

在大同盆地陽高—天鎮(zhèn)凹陷區(qū)域，地球物理重、磁、震等探測手段全部應用后，發(fā)現(xiàn)地下存在一個巨大的蘑菇狀、上面有“枝杈”的高導低阻體形態(tài)?！斑@可能就是深部熱儲，地殼脆性—韌性轉(zhuǎn)換帶上的熱源，這么淺的深度不可能是巖漿，具體是什么還需要進一步做工作?！蓖跹嫘轮赋?，“枝杈”是順著淺部斷裂發(fā)育的不均勻?qū)嵬ǖ?，說明天鎮(zhèn)高溫地熱的熱源不在其正下方，為下一步勘探工作提供了空間方向。

王焰新表示，探索深部地熱除了有能源資源意義之外，還具有重大的科學價值。深部高溫地熱資源是地球動力學尤其是深部地質(zhì)過程研究的重要載體。此外，在以巖漿為熱源的高溫水熱系統(tǒng)中，混有一定比例深源巖漿水的可能性非常大，而可能存在的來自幔源的初生水對于地球物質(zhì)循環(huán)研究具有重要意義，是水科學及相關學科最具挑戰(zhàn)性的研究領域之一。

“當前，我國超過150度的深部高溫地熱資源開發(fā)利用研究還面臨著艱巨的挑戰(zhàn)?；镜目茖W理論體系還沒有建立，勘查開發(fā)技術、評價方法體系、熱能發(fā)電技術還很不成熟。”王焰新說，我們要有志氣、骨氣、底氣，創(chuàng)立提出自己的深部高溫地熱的新理論體系，同時在勘探、開發(fā)利用領域，敢于變革性地推出一些技術方法。

當前，各地積極構建清潔低碳、安全高效的能源體系，紛紛出臺了政策保障措施。今年10月，《北京市碳達峰實施方案》提出深度推進供熱系統(tǒng)重構，禁止新建和擴建燃氣獨立供暖系統(tǒng)，有序開展地熱及再生水源熱泵替代燃氣供暖行動，全面布局新能源和可再生能源供熱。業(yè)內(nèi)指出，這意味著北京市燃氣鍋爐已經(jīng)率先“達峰”，將逐步縮減規(guī)模和被替代，地熱等可再生能源供熱將擔綱大任。

“雙碳”目標征程上，地熱產(chǎn)業(yè)不斷迎來新機遇。有專家建議，各級政府、企業(yè)要加大地熱能技術研發(fā)投入，實現(xiàn)關鍵核心技術自主可控，延長地熱產(chǎn)業(yè)鏈。此外，地熱領域必須深化政產(chǎn)學研用融合，才能取得重大突破，單打獨斗是走不通的。據(jù)介紹，我國已成功申辦2023年第七屆世界地熱大會，地熱產(chǎn)業(yè)將在開放創(chuàng)新中，迎來更為廣闊的發(fā)展前景。

地熱能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃

2021年9月，國家發(fā)展改革委、國家能源局、自然資源部等8部門印發(fā)《關于促進地熱能開發(fā)利用的若干意見》提出：

到2025年，全國地熱能供暖（制冷）面積比2020年增加50%，在資源條件好的地區(qū)建設一批地熱能發(fā)電示范項目，全國地熱能發(fā)電裝機容量比2020年翻一番；

到2035年，地熱能供暖（制冷）面積及地熱能發(fā)電裝機容量力爭比2025年翻一番。

重點任務：深化地熱資源勘查工作，積極推進淺層地熱能利用，穩(wěn)妥推進中深層地熱能供暖，鼓勵地方建設地熱能高質(zhì)量發(fā)展示范區(qū)。

地熱能產(chǎn)業(yè)發(fā)展案例

1、北京大興國際機場地源熱泵項目

北京大興國際機場利用淺層地熱能，通過地源熱泵項目供暖總面積248.46萬平方米，供冷總面積為170.55萬平方米，實現(xiàn)了可再生能源利用率10%的建設目標。該項目是目前國內(nèi)最大的多能互補地源熱泵系統(tǒng)工程。制熱時，不僅吸收淺層地熱能，還與熱源工程的鍋爐煙氣余熱收集相配合。制冷時，使用冰蓄冷等技術，充分發(fā)揮再生能源回收和節(jié)能減排的重要作用。該系統(tǒng)每年可節(jié)省天然氣1735.89萬立方米，相當于21078噸標準燃煤，可減少碳排放1.58萬噸以上。

2、北京城市副中心近零碳排放區(qū)示范工程

北京城市副中心近零碳排放區(qū)示范工程是目前全球單體規(guī)模最大的可再生能源利用項目，主要利用淺層地熱能。其中，行政辦公區(qū)一期建設面積236.5萬平方米，在“地源熱泵+水蓄能+輔助冷熱源”系統(tǒng)中，地源熱泵裝機比例達60%。該項目每年可節(jié)約2.2萬噸標準煤，減少二氧化碳排放4.8萬噸，相當于在副中心多種植了10萬棵樹。

3、河北雄縣地熱開發(fā)項目

早在2009年，中國石油化工集團有限公司在對河北雄縣地熱資源、地面用能需求開展系統(tǒng)評價的基礎上，協(xié)助當?shù)卣幹屏说責衢_發(fā)利用專項規(guī)劃，探索了“政企合作、市場運作、統(tǒng)一開發(fā)、技術先進、環(huán)境保護、百姓受益”的模式。截至2021年底，中國石化在雄安新區(qū)投資近8億元，建成地熱供暖能力近1000多萬平方米。除雄縣縣城外，容縣縣城也基本實現(xiàn)地熱集中供暖全覆蓋。

原標題：助力“雙碳”目標實現(xiàn)，它是主力軍之一

記者：喬思偉 郭鋒 張艦

責編：kevin