中國石化集團(tuán)新星石油有限責(zé)任公司國家地?zé)崮茉撮_發(fā)利用研究及應(yīng)用技術(shù)推廣中心 ■ 谷雪曦李欣

我國地?zé)崮苤苯永卯a(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展對(duì)策研究

中國石化集團(tuán)新星石油有限責(zé)任公司
國家地?zé)崮茉撮_發(fā)利用研究及應(yīng)用技術(shù)推廣中心 ■ 谷雪曦*李欣

介紹了近年來我國地?zé)崮苤苯永卯a(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、技術(shù)現(xiàn)狀，分析了該產(chǎn)業(yè)存在的主要問題，并提出了相應(yīng)的發(fā)展對(duì)策。

地?zé)崮苤苯永卯a(chǎn)業(yè)；技術(shù)系列；發(fā)展對(duì)策

0　引言

地?zé)崮苁且环N綠色低碳、可循環(huán)利用的可再生能源，具有儲(chǔ)量大、分布廣、清潔環(huán)保、穩(wěn)定性好、利用系數(shù)高等特點(diǎn)，開發(fā)利用地?zé)崮苡欣谡{(diào)整能源結(jié)構(gòu)、節(jié)能減排、改善環(huán)境，對(duì)于未來能源供應(yīng)與節(jié)能減排有巨大潛力。

地?zé)崮芸梢詣澐譃闇\層地?zé)崮?、中深層地?zé)崮芗案蔁釒r3大類。淺層地?zé)崮苤饕ㄟ^地源熱泵開發(fā)，用于供暖/制冷。中深層地?zé)崮馨撮_發(fā)利用目的，可分為中低溫地?zé)崮?25 ℃≤溫度＆lt;150 ℃)及高溫地?zé)崮?溫度≥150 ℃)，其中，中低溫地?zé)崮苤饕糜诘責(zé)崮苤苯永谩?/p>

1　我國地?zé)崮苤苯永卯a(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

我國開發(fā)利用溫泉已有2000多年的悠久歷史，是世界上利用地?zé)豳Y源最早的國家之一。我國地?zé)崮苤苯永梅绞桨ǖ卦礋岜?、地?zé)峁┡?、溫泉洗浴、溫室大棚等。?0年來，我國地?zé)崮苤苯永醚b機(jī)容量及年利用量居世界首位，其中，地源熱泵是地?zé)崮苤苯永米钪饕姆绞健?014年底，隨著開發(fā)利用技術(shù)的發(fā)展，地?zé)峁┡状纬^溫泉洗浴成為中低溫地?zé)豳Y源最重要的利用方式，如圖1所示[1]。我國地?zé)崮荛_發(fā)利用的能源性、技術(shù)性得以突出。

圖1　2014年底我國主要地?zé)崮苤苯永梅绞秸伎傃b機(jī)容量及年利用量百分比

1.1地源熱泵供暖/制冷

我國在20世紀(jì)90年代末開始發(fā)展地源熱泵，2004年迅速發(fā)展，年增長率持續(xù)超過30％。目前，我國31個(gè)省/自治區(qū)/直轄市均有地源熱泵系統(tǒng)工程，有超過7000個(gè)地源熱泵供暖/制冷項(xiàng)目?？傮w上看，地源熱泵項(xiàng)目主要集中在我國華北和東北南部地區(qū)，包括北京、天津、河北、遼寧、河南、山東等省市，約占全國的80％。建筑物類型主要集中在辦公樓、賓館、醫(yī)院、商場(chǎng)、學(xué)校和住宅等。至2014年底，我國地源熱泵機(jī)組總裝機(jī)容量為11.78 GWt，地?zé)崮苣昀昧繛?00311 TJ/a[1]。

至2015年底，我國地源熱泵供暖/制冷面積達(dá)5億m2。沈陽市有超過4300萬m2建筑使用地源熱泵供暖/制冷，北京約有4000萬m2，山東省約有3000萬m2。非傳統(tǒng)集中供暖區(qū)的長江中下游、江淮之間的冬季集中供暖已提上日程，地源熱泵發(fā)展面臨難得的機(jī)遇。

1.2中低溫地?zé)崮苤苯永?/p>

1.2.1地?zé)峁┡?/p>

至2015年底，我國中低溫地?zé)峁┡娣e達(dá)到1.02億m2，地?zé)峁┡婕瓣兾?、河北、山東、遼寧、北京、天津、黑龍江、河南、山西等十幾個(gè)省/直轄市。其中，天津中低溫地?zé)峁┡娣e約為2000萬m2，河北省地?zé)峁┡娣e約為1800萬m2，隨后依次是山東、陜西、北京、河南等地。至2014年底，我國地?zé)峁┡_發(fā)利用地?zé)崮苎b機(jī)容量為2946 MWt，地?zé)崮苣昀昧繛?3710 TJ/ a[1]。地?zé)峁┡蕴旖蚴?、陜西省、河北省為代表，目前已成功打造了“雄縣模式”與“咸陽模式”。

1.2.2溫泉洗浴

地?zé)崴懈缓S富的礦物質(zhì)，具有珍貴的醫(yī)療價(jià)值。至2014年底，我國溫泉洗浴開發(fā)利用地?zé)崮苎b機(jī)容量為2508 MWt，地?zé)崮苣昀昧繛?1637 TJ/a[1]，以北京和東南沿海為代表。

1.2.3溫室種植和水產(chǎn)養(yǎng)殖

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高，地?zé)崮芨嗟挠糜跍厥曳N植和水產(chǎn)養(yǎng)殖，利用技術(shù)也不斷提高，很多高水平的溫室大棚在北京、天津等大城市和濱海地區(qū)出現(xiàn)。至2014年底，我國溫室種植和水產(chǎn)養(yǎng)殖開發(fā)利用地?zé)崮苎b機(jī)容量分別為154 MWt和217 MWt，地?zé)崮苣昀昧糠謩e為1797 TJ/a和2395 TJ/a[1]，以華北平原為代表。

2　我國地?zé)崮苤苯永卯a(chǎn)業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀

2.1地?zé)豳Y源勘查技術(shù)

地?zé)豳Y源勘查技術(shù)主要包括地球物理勘探法、地球化學(xué)勘探法和遙感法。目前，我國地?zé)豳Y源勘查技術(shù)以電法、大地電磁法為主，勘探深度不超過2000 m。地?zé)豳Y源勘查技術(shù)總體上比較成熟，已在西藏、天津、北京、陜西、河北、河南、山東、四川、新疆等地區(qū)地?zé)豳Y源勘查中得到了廣泛應(yīng)用。今后的發(fā)展趨勢(shì)是整合現(xiàn)有的地質(zhì)、物探和化探等多種地?zé)峥辈榧夹g(shù)，優(yōu)化評(píng)價(jià)方法，針對(duì)不同類型的深層(＆gt;2000 m)地?zé)崽镄纬捎行У馁Y源綜合勘查技術(shù)，提高地?zé)峥碧介_發(fā)成功率，有效降低勘探成本。

2.2地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)技術(shù)

地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)方法包括熱儲(chǔ)體積法、地表熱流量法、類比法、解析模型法、統(tǒng)計(jì)分析法、數(shù)值模擬法、可采系數(shù)法等[2]。在開展評(píng)價(jià)工作時(shí)，依據(jù)地?zé)豳Y源類型和研究程度，選擇一種或幾種適合的評(píng)價(jià)方法。

目前，地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)技術(shù)以熱儲(chǔ)法最為成熟，得到了廣泛應(yīng)用。國土資源部于2009年組織開展的《全國地?zé)豳Y源潛力評(píng)估》工作中，采用放熱量法計(jì)算評(píng)價(jià)對(duì)流型地?zé)豳Y源量，采用熱儲(chǔ)法、類比法計(jì)算評(píng)價(jià)傳導(dǎo)型地?zé)豳Y源量，基本掌握了我國地?zé)豳Y源的分布特征，初步選定了地?zé)衢_發(fā)有利目標(biāo)靶區(qū)。未來的發(fā)展趨勢(shì)是深入研究不同類型地?zé)豳Y源的成藏模式和發(fā)育機(jī)理，分析成藏主控因素，總結(jié)不同類型地?zé)豳Y源的富集規(guī)律。

2.3地?zé)徙@井成井技術(shù)

針對(duì)不同深度、地層和巖性特點(diǎn)，我國基本形成了適合不同熱儲(chǔ)類型的井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、低密度流體鉆井、熱儲(chǔ)層物化特性錄井及有效儲(chǔ)層評(píng)價(jià)等中低溫地?zé)峋@井工藝技術(shù)。在中低溫地?zé)峋删夹g(shù)方面，已根據(jù)砂巖孔隙型和基巖裂縫型等不同儲(chǔ)層性質(zhì)形成了適合高效開發(fā)的多種井身結(jié)構(gòu)，并鉆成了目前我國最深的地?zé)峋?咸陽人民銀行井，井深4250 m)，井口出水溫度達(dá)到126 ℃。在高溫地?zé)峋@完井技術(shù)方面，我國在肯尼亞OLKARIA地區(qū)完成了一批高溫地?zé)峋?，最高地層溫度達(dá)到了350 ℃，初步形成了高溫定向鉆井、井筒降溫、鉆頭選型、空氣泡沫鉆井液等高溫地?zé)峋@井技術(shù)。未來的發(fā)展趨勢(shì)是繼續(xù)開展高溫地?zé)峋@完井技術(shù)探索研究和試驗(yàn)應(yīng)用，形成高溫地?zé)峋删に嚰芭涮准夹g(shù)。

2.4換熱器換熱技術(shù)

在地?zé)衢_發(fā)中，主要利用板式換熱器進(jìn)行換熱。通過優(yōu)化換熱器板型、流道、板間距，提高換熱器傳熱效率，使換熱器在單位時(shí)間內(nèi)、單位傳熱面積上傳遞最多的熱量。今后的發(fā)展趨勢(shì)是針對(duì)不同地區(qū)的地?zé)崴|(zhì)開展換熱技術(shù)研究，優(yōu)化換熱器類型及換熱材質(zhì)。

2.5地源熱泵技術(shù)

按能量采集系統(tǒng)形式的不同，地源熱泵技術(shù)分為地下水源熱泵技術(shù)、地表水源熱泵技術(shù)和土壤源熱泵技術(shù)[3]。目前，地源熱泵的能效比可達(dá)到4.5～5.0。

今后，通過深入研究地埋管換熱器的傳熱機(jī)理，研發(fā)新型熱泵技術(shù)(如CO2熱泵)、高性能鉆孔回填材料，實(shí)現(xiàn)熱泵系統(tǒng)熱平衡，提高系統(tǒng)能效比。

2.6地?zé)豳Y源梯級(jí)利用技術(shù)

根據(jù)“品位對(duì)口，梯級(jí)利用”的用能思想，地?zé)豳Y源梯級(jí)利用技術(shù)可實(shí)現(xiàn)地?zé)岚l(fā)電、建筑供暖/制冷、溫室種植、水產(chǎn)養(yǎng)殖和溫泉洗浴的梯級(jí)利用，大幅度提高地?zé)崮艿睦眯省Ｄ壳暗責(zé)豳Y源梯級(jí)利用技術(shù)已應(yīng)用在河北博野。

2.7地?zé)嵛菜毓嗉夹g(shù)

1982年初在北京城區(qū)地?zé)崽飽|南部進(jìn)行的回灌試驗(yàn)是我國最早的地?zé)峄毓囗?xiàng)目。目前，天津市、陜西省的地?zé)峄毓嘁呀?jīng)具有一定規(guī)模，山東、河南等地也開展了回灌技術(shù)應(yīng)用。砂巖儲(chǔ)層高效回灌技術(shù)一直是世界性難題，中國石化開展了回灌技術(shù)攻關(guān)，對(duì)陜西咸陽、山東樂陵和商河等地砂巖熱儲(chǔ)層進(jìn)行噴砂射孔改造并對(duì)回灌尾水進(jìn)行多級(jí)處理，采用自然回灌的方式，大幅度提高回灌率。目前，咸陽、樂陵地區(qū)兩口回灌井的回灌率均高于80％。

今后需結(jié)合地質(zhì)構(gòu)造、儲(chǔ)層物性特征開展砂巖回灌試驗(yàn)研究。從精準(zhǔn)識(shí)別回灌層、解決地層堵塞問題、優(yōu)化地面配置設(shè)備等方面進(jìn)行研究，提高地?zé)嵛菜毓嗟男?，減少地?zé)嵛菜闹苯优欧?，保證砂巖地區(qū)地?zé)崮荛_發(fā)的良性循環(huán)及可持續(xù)發(fā)展。

2.8智能管理、高效運(yùn)營信息化系統(tǒng)技術(shù)

通過建設(shè)監(jiān)測(cè)站網(wǎng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)能耗，采取氣候補(bǔ)償、熱平衡調(diào)節(jié)、自動(dòng)控制等技術(shù)優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)營，提高熱效率，降低運(yùn)行成本，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。目前，我國已在咸陽、雄縣地區(qū)多個(gè)換熱站實(shí)行自動(dòng)化運(yùn)營監(jiān)測(cè)。今后將繼續(xù)完善以地理位置為平臺(tái)，集開發(fā)過程管理、運(yùn)營動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、地?zé)峥沙掷m(xù)利用分析、信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)布等功能于一體的信息化管理系統(tǒng)。

3　我國地?zé)崮苤苯永卯a(chǎn)業(yè)存在的問題

3.1資源勘查程度低

迄今為止，我國尚未進(jìn)行全面系統(tǒng)的地?zé)豳Y源調(diào)查評(píng)價(jià)工作，對(duì)我國地?zé)豳Y源潛力的認(rèn)識(shí)尚停留在估算水平上，對(duì)地?zé)釁^(qū)(田)的勘查評(píng)價(jià)僅限于北京城區(qū)、天津城區(qū)、河北雄縣、西藏羊八井等少數(shù)區(qū)段。目前，經(jīng)資源儲(chǔ)量管理部門審批可供進(jìn)一步勘查開發(fā)規(guī)劃的地?zé)崽餅?03處，約占已發(fā)現(xiàn)地?zé)崽锏?/3；已開展或正在開展淺層地?zé)崮苷{(diào)查的城市僅占我國地級(jí)以上城市的1/10。資源的不落實(shí)影響國家和各級(jí)政府地?zé)崮苜Y源開發(fā)利用的宏觀決策，并影響企業(yè)實(shí)施具體的地?zé)崮芄こ添?xiàng)目。

3.2設(shè)備制造業(yè)水平低

地?zé)崮苤苯永迷O(shè)備包括地源熱泵、中低溫發(fā)電系統(tǒng)、高效地?zé)徙@探設(shè)備、換熱器、尾水回灌設(shè)備和地?zé)崴幚碓O(shè)備等。相比于國外地?zé)嵩O(shè)備，國內(nèi)生產(chǎn)的設(shè)備存在效率相對(duì)較低、耐用性相對(duì)較差、新技術(shù)應(yīng)用相對(duì)較少等問題。

3.3管理體制不完善

地?zé)崮荛_發(fā)利用管理職能分散在國土、住建部等部門，管理體系的不完善限制了地?zé)崮苜Y源的開發(fā)利用，也導(dǎo)致地?zé)崮荛_發(fā)中出現(xiàn)問題后無法得到有效解決。

3.4國家扶持政策力度不夠

地?zé)豳Y源開發(fā)技術(shù)要求高，投資和風(fēng)險(xiǎn)大，需要政府加大資金投入，促進(jìn)技術(shù)研發(fā)，推動(dòng)地?zé)豳Y源開發(fā)利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。美國、德國、日本、冰島等國家在財(cái)政補(bǔ)貼、稅收減免、貸款擔(dān)保、專項(xiàng)資金和關(guān)鍵技術(shù)研究等方面都有實(shí)質(zhì)性的具體措施；而我國對(duì)于地?zé)岙a(chǎn)業(yè)的投入遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，地?zé)峁┡暗卦礋岜卯a(chǎn)業(yè)雖已得到國家政策扶持，但力度還不夠，而且對(duì)于中低溫地?zé)豳Y源的開發(fā)利用，目前我國尚無相關(guān)優(yōu)惠政策出臺(tái)。

4　我國地?zé)崮苤苯永卯a(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)策

4.1加強(qiáng)地?zé)豳Y源勘查研究

建議國家出面組織開展全國地?zé)豳Y源勘查，在全國地?zé)豳Y源開發(fā)利用現(xiàn)狀普查的基礎(chǔ)上，按照不同類型地?zé)豳Y源，在具有開發(fā)利用潛力且勘查程度較低的地?zé)釁^(qū)(田)開展地?zé)豳Y源勘查，查明我國主要地?zé)釁^(qū)(田)地質(zhì)條件、熱儲(chǔ)特征、地?zé)豳Y源的質(zhì)量和數(shù)量，評(píng)估我國地?zé)豳Y源潛力，為地?zé)嶂苯永卯a(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定資源基礎(chǔ)。

4.2加強(qiáng)設(shè)備研發(fā)、制造能力

提高地?zé)崮苤苯永卯a(chǎn)業(yè)設(shè)備的制造能力和關(guān)鍵設(shè)備的自主研發(fā)能力，如熱泵、換熱器等。爭(zhēng)取到“十三五”末，培育出一大批地?zé)崮苤苯永酶叨嗽O(shè)備的制造企業(yè)和新型地?zé)岵牧系难邪l(fā)機(jī)構(gòu)。

4.3加強(qiáng)完善地?zé)嵝袠I(yè)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和監(jiān)管體系建設(shè)

加強(qiáng)管理，建議盡快出臺(tái)國家層面的、有針對(duì)性的地?zé)豳Y源管理法規(guī)，實(shí)現(xiàn)我國地?zé)豳Y源開發(fā)利用的法制化管理。形成的管理辦法應(yīng)包括地?zé)崴降V權(quán)許可證辦理、地?zé)崴傻V許可證辦理、地?zé)崴Y源補(bǔ)償費(fèi)征收與管理、市場(chǎng)供應(yīng)價(jià)格、環(huán)境保護(hù)措施等方面。建立和完善地?zé)嵝袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，推行資格認(rèn)證、規(guī)劃審查和許可制度，建立熱能利用的市場(chǎng)和環(huán)境監(jiān)測(cè)體系。

4.4完善地?zé)醿?yōu)惠扶持政策

建議國家出臺(tái)專門的優(yōu)惠扶持政策，包括地?zé)峁┡髽I(yè)財(cái)政補(bǔ)貼政策、砂巖回灌配套補(bǔ)貼政策、地?zé)峁┡O(shè)備用電采用居民用電價(jià)格政策等，推動(dòng)地?zé)崮苤苯永卯a(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。

5　結(jié)論

我國地?zé)豳Y源豐富，地?zé)崾袌?chǎng)需求巨大，面對(duì)國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、降低能耗、應(yīng)對(duì)氣候變化、治理霧霾的發(fā)展形勢(shì)，地?zé)嶂苯永卯a(chǎn)業(yè)有廣闊的發(fā)展前景。但該產(chǎn)業(yè)存在著資源勘查程度低、設(shè)備制造業(yè)水平低、管理體制不完善、扶持政策不到位等問題，制約了地?zé)崮苤苯永卯a(chǎn)業(yè)的發(fā)展。本文針對(duì)我國地?zé)崮苤苯永卯a(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、技術(shù)現(xiàn)狀及存在的問題，提出了相應(yīng)的發(fā)展對(duì)策，希望促進(jìn)我國地?zé)崮苤苯永卯a(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，到“十三五”末，實(shí)現(xiàn)地?zé)崮芾昧窟_(dá)到5000萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤[4]、打造數(shù)十個(gè)“無煙城”的目標(biāo)。

[1] 鄭克棪, 董穎, 陳梓慧, 等. 我國加速地?zé)豳Y源的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)——2015世界地?zé)岽髸?huì)我國國家報(bào)告[J]. 地?zé)崮? 2015, (3): 3-8.

[2] Q/SH 1050 011-2015, 水熱型地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)方法[S].

[3] GB 50366-2005, 地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范[S].

[4] 國家能源局, 財(cái)政部, 國土資源部, 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 促進(jìn)地?zé)崮荛_發(fā)利用的意見[N]. 我國石化報(bào), 2013-02-28.

2016-01-25

谷雪曦(1989—)，女，碩士、助理工程師，主要從事地?zé)崮芸碧健㈤_發(fā)利用戰(zhàn)略規(guī)劃方面的研究。guxuexi.xxsy@sinopec.com