盧予北， 李 藝， 盧 瑋， 李貴亮， 陳 瑩， 王攀科

(1.河南省地礦局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，河南 鄭州 450053； 2.河南省深部探礦工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450053； 3.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院勘探技術(shù)研究所，河北 廊坊 065000； 4.河南省地礦局第四地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 鄭州 450000)

0 引言

地?zé)豳Y源是指能夠經(jīng)濟(jì)地被人類(lèi)所利用的地球內(nèi)部的地?zé)崮堋⒌責(zé)崃黧w及其有用組分,目前可利用的地?zé)豳Y源主要包括天然出露的溫泉、通過(guò)熱泵技術(shù)開(kāi)采利用的淺層地?zé)崮?、通過(guò)人工鉆井直接開(kāi)采利用的地?zé)崃黧w以及干熱巖體中的地?zé)豳Y源[1]。地?zé)豳Y源主要分為淺層地?zé)崮?200 m以淺)、中深層水熱型地?zé)?1000～3000 m)和干熱巖(3000～6000 m)3種類(lèi)型。其中，水熱型地?zé)崾悄壳翱辈殚_(kāi)發(fā)的主要類(lèi)型，它具有分布廣泛、熱流密度大、熱物性參數(shù)穩(wěn)定、可直接利用等特征[2]，是一種集“熱、礦、水”為一體的特種礦產(chǎn)資源[3]。

與傳統(tǒng)化石類(lèi)煤、石油、天然氣等相比，地?zé)豳Y源屬于可再生清潔能源，在建筑物供暖、工業(yè)烘干、農(nóng)業(yè)種植養(yǎng)殖、溫泉理療等領(lǐng)域可以起到替代作用；在發(fā)電方面與太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能相比，地?zé)崮懿皇芗竟?jié)和晝夜變化的影響，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，并且利用率高。據(jù)聯(lián)合國(guó)《世界能源評(píng)估》報(bào)告顯示：地?zé)崮馨l(fā)電利用系數(shù)可達(dá)74%以上，是太陽(yáng)能(14%)的5.2倍、風(fēng)能(21%)的3.5倍和生物質(zhì)能(52%)的1.42倍[5-6]。

因此，大力發(fā)展地?zé)崆鍧嵞茉纯辈殚_(kāi)發(fā)，促進(jìn)地?zé)豳Y源科學(xué)、高效、綜合開(kāi)發(fā)利用，對(duì)優(yōu)化我國(guó)能源結(jié)構(gòu)、節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)和減少霧霾具有積極意義，也是促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的重要舉措。

2017年初,發(fā)改委、能源局、國(guó)土資源部聯(lián)合頒發(fā)了《地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》，這也是從國(guó)家層面上首次把地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用正式列入國(guó)家的發(fā)展規(guī)劃。所以，預(yù)測(cè)未來(lái)10年，地?zé)崆鍧嵞茉纯辈殚_(kāi)發(fā)將迎來(lái)黃金發(fā)展期，也將成為新時(shí)代地質(zhì)工作轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要機(jī)遇。

1 我國(guó)地?zé)豳Y源潛力與節(jié)能減排分析

地?zé)崮茉粗饕獊?lái)自地球深處，資源量巨大、分布廣泛。每年自然釋放的地?zé)崮芟喈?dāng)于全球耗電量的5倍。藺文靜等(2012)和Wang et al.(2013)估算了我國(guó)大陸3～10 km干熱巖資源量約為2.5×1025J，相當(dāng)于860萬(wàn)億t標(biāo)準(zhǔn)煤，按2%的可開(kāi)采資源量計(jì)算，相當(dāng)于我國(guó)目前能源消耗總量的5200倍左右[4]。王貴玲等(2017)對(duì)我國(guó)淺層地?zé)崮芎椭猩顚铀疅嵝偷責(zé)豳Y源潛力進(jìn)行了潛力評(píng)價(jià)并提出：全國(guó)336個(gè)地級(jí)以上城市淺層地?zé)崮苜Y源每年可開(kāi)采量折合標(biāo)準(zhǔn)煤7億t，可替代標(biāo)準(zhǔn)煤11.7億t/a，節(jié)煤量4.1億t/a；水熱型地?zé)豳Y源量折合標(biāo)準(zhǔn)煤12500億t,每年地?zé)豳Y源可采量折合標(biāo)準(zhǔn)煤18.65億t,發(fā)電潛力為996萬(wàn)kW[1]。目前已查明全國(guó)出露溫泉2334處,備案地?zé)衢_(kāi)采井5818眼(參見(jiàn)圖1)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)和測(cè)算：1t煤炭燃燒平均會(huì)產(chǎn)生11kg煙塵、8.5 kg二氧化硫、7.4 kg氮氧化物[7]。我國(guó)每年煤炭能源消耗量為36.1億t，煤田火區(qū)自燃消耗資源量為3000萬(wàn)t，總計(jì)每年消耗煤炭資源量36.4億t。產(chǎn)生的煙塵、SO2、NOx污染物分別為4000.4萬(wàn)t、3094萬(wàn)t、2693.6萬(wàn)t。

圖1全國(guó)地?zé)峋蜏厝y(tǒng)計(jì)(數(shù)據(jù)來(lái)源：中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局,2016年度)

地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用可以減少溫室氣體排放，節(jié)能減排效果顯著。據(jù)相關(guān)公式和經(jīng)驗(yàn)測(cè)算：10000 m2公用建筑物采用地?zé)崮芄┡?，每季可減少CO2排放350～400 t；減少SO2排放2～4 t；減少氮氧化物排放0.9～1.2 t；減少粉塵排放1.0～1.5 t。按照目前中國(guó)地?zé)豳Y源量計(jì)算(不包括干熱巖)：每年可減少CO2排放量高達(dá)24億t,其中淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用可減少CO2排放6億t，中深層水熱型地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用可減少CO2排放18億t[1]。

開(kāi)發(fā)利用深部地?zé)豳Y源，不但可以替代傳統(tǒng)化石類(lèi)能源、節(jié)能減排，更重要的是可以有序控制地下能量的釋放(地震、火山噴發(fā)及地氣無(wú)序溢出)，起到減震防災(zāi)作用[8]。

2 地?zé)豳Y源應(yīng)用領(lǐng)域

目前，淺層地?zé)崮苤饕糜诮ㄖ锕┡评洌猩顚铀疅嵝偷責(zé)豳Y源主要用于城鎮(zhèn)供暖、溫泉度假、種植養(yǎng)殖等。圖2是中國(guó)不同領(lǐng)域(行業(yè))中深層水熱型地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用所占比例，從圖2可以看出：我國(guó)水熱型地?zé)豳Y源多數(shù)情況用于溫泉度假、種植養(yǎng)殖和生活熱水，用于建筑物供暖占32.7%，地?zé)岚l(fā)電僅占0.5%。在地?zé)岚l(fā)電和城鎮(zhèn)供暖方面所占比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于歐美地?zé)岚l(fā)達(dá)國(guó)家。

圖2 中深層水熱型地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用所占比例[1]

地?zé)崆鍧嵞茉垂┡评鋵⑻娲鷤鹘y(tǒng)的化石類(lèi)(煤炭、石油、天然氣)供暖方式，不但可以加速能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化、節(jié)能減排，還可以推進(jìn)新型的能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用方面，美國(guó)、瑞典、瑞士、德國(guó)、加拿大、奧地利、法國(guó)和荷蘭等歐美國(guó)家發(fā)展迅速，并且效果顯著。在地?zé)峁┡矫?，冰島74%以上建筑物實(shí)現(xiàn)地?zé)嶂苯庸┡芑萑丝谡既珖?guó)的85%[9]，土耳其30%以上建筑物也全部采用地?zé)峁┡?/p>

淺層地?zé)峁┡评湎到y(tǒng)，需要大量的熱泵機(jī)組、金屬和新型塑料管材及輔助設(shè)備安裝。同時(shí)，地下能源交換系統(tǒng)需要水文地質(zhì)勘查和大量的鉆井(鉆孔)工程。地?zé)岙a(chǎn)業(yè)發(fā)展同時(shí)，勢(shì)必會(huì)帶動(dòng)適合200 m左右輕便鉆機(jī)和中深層地?zé)徙@機(jī)及配套設(shè)備、鉆具等制造產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

中深層水熱型地?zé)崴|(zhì)中富含各種礦物質(zhì)，特別是河南省多數(shù)地區(qū)地?zé)崴懈缓J、硒、偏硅酸等。在地?zé)豳Y源梯級(jí)或綜合開(kāi)發(fā)利用中，常常用地?zé)崴N植養(yǎng)殖特色農(nóng)產(chǎn)品和水產(chǎn)品。冬季地?zé)嵛菜纱竺娣e用于大棚室內(nèi)種植養(yǎng)殖，形成新型的特色農(nóng)業(yè)和觀光農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，如富鍶和富硒瓜果蔬菜、冬季大棚蔬菜花卉種植養(yǎng)殖和觀賞。

地?zé)崴|(zhì)富含鍶、偏硅酸、氟、氡、鐵等幾十種對(duì)人體有益的礦物質(zhì)，具有一定的療養(yǎng)、治療功能和保健作用。目前世界各地均在利用地?zé)釡厝鳛槠放茙?dòng)當(dāng)?shù)芈糜巍⒍燃?、養(yǎng)老、房地產(chǎn)和餐飲等產(chǎn)業(yè)。在我國(guó)各省發(fā)展不均衡，普遍存在著資源浪費(fèi)(無(wú)序排放)和單一利用，缺少品牌和地?zé)?溫泉)文化。

地?zé)岚l(fā)電方面，根據(jù)世界地?zé)岽髸?huì)報(bào)告數(shù)據(jù)，全球地?zé)豳Y源利用方式中，地?zé)岚l(fā)電利用占利用總量的17%。2012年全球地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)容量為11446 MW，中國(guó)僅為24 MW，截至2015年底，我國(guó)地?zé)岚l(fā)電總裝機(jī)容量也僅為27.88 MW，居全球第18位，占全球地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)容量的0.2%，可見(jiàn)與地?zé)岚l(fā)達(dá)國(guó)家相比有較大差距[10]。20世紀(jì)70年代初，我國(guó)先后在廣東豐順、山東招遠(yuǎn)、遼寧熊岳、江西溫湯、湖南灰湯、廣西象州、河北懷來(lái)等地建成中低溫試驗(yàn)性地?zé)嵴荆壳俺龔V東豐順地?zé)嵴就?，其余均停止運(yùn)行。高溫地?zé)岚l(fā)電方面，西藏羊八井地?zé)岚l(fā)電站是唯一亮點(diǎn)，在國(guó)家的大力扶持下，該高溫地?zé)岚l(fā)電站20世紀(jì)70年代順利建成投產(chǎn)并運(yùn)營(yíng)至今。

3 地?zé)豳Y源勘查開(kāi)發(fā)利用將迎來(lái)黃金發(fā)展期

地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)利用正在受到廣泛的關(guān)注并成為熱點(diǎn)，嚴(yán)峻的環(huán)境污染現(xiàn)實(shí)需求、國(guó)家和各級(jí)地方政府的重視、相關(guān)核心技術(shù)的進(jìn)步和突破等，可以預(yù)示，地?zé)崆鍧嵞茉纯辈殚_(kāi)發(fā)將迎來(lái)黃金發(fā)展期，也將成為新時(shí)代地質(zhì)工作轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要機(jī)遇。

3.1 改善環(huán)境和大氣污染的現(xiàn)實(shí)需要奠定了基礎(chǔ)

目前中國(guó)是全球溫室氣體排放量最大國(guó)之一，約占全球的1/4[11]。二氧化碳(CO2)和臭氧(O3)是大氣中最重要的溫室氣體，據(jù)最新數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的消耗臭氧層物質(zhì)和二氧化硫(SO2)排放量位居世界第一位，二氧化碳(CO2)排放量居世界第二位，僅次于美國(guó)，氮氧化物和其他粉塵顆粒污染物的排放量也居世界前列[12]。由此可以看出，我國(guó)環(huán)境與大氣污染形勢(shì)依然嚴(yán)峻，問(wèn)題也比較突出，并出現(xiàn)了由經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)向欠發(fā)達(dá)地區(qū)和偏遠(yuǎn)地區(qū)轉(zhuǎn)移的新的特征。

人類(lèi)的過(guò)量活動(dòng)(燃煤、汽車(chē)尾氣、農(nóng)業(yè)施肥等)及地質(zhì)作用(地球排氣、火山噴發(fā)、地震、煤田地火等)誘發(fā)的大氣污染和霧霾已逐漸形成共識(shí)[13-15]。

應(yīng)對(duì)氣候變化，治理大氣與環(huán)境污染，改善能源結(jié)構(gòu)勢(shì)在必行，而與風(fēng)能、太陽(yáng)能等清潔可再生能源相比，地?zé)崮艿姆€(wěn)定性和平均利用系數(shù)都是前者無(wú)法比擬的。

3.2 國(guó)家層面的高度重視是關(guān)鍵

黨的十九大報(bào)告明確中國(guó)特色社會(huì)主義進(jìn)入了新時(shí)代，并在報(bào)告中指出:要加快建立綠色生產(chǎn)和消費(fèi)的法律制度和政策導(dǎo)向，建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)體系。構(gòu)建市場(chǎng)導(dǎo)向的綠色技術(shù)創(chuàng)新體系，發(fā)展綠色金融，壯大節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)、清潔生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)、清潔能源產(chǎn)業(yè)。

2017年初，國(guó)家發(fā)展改革委、能源局、國(guó)土資源部聯(lián)合頒發(fā)了《地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》，對(duì)地?zé)豳Y源發(fā)展目標(biāo)、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)等做出了明確規(guī)劃，明確提出：“十三五”期間要掌握地?zé)岙a(chǎn)業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)，形成比較完備的地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用設(shè)備制造體系、突破干熱巖開(kāi)發(fā)鉆井工程關(guān)鍵技術(shù)等。這是從國(guó)家層面上首次把地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用正式列入國(guó)家的發(fā)展規(guī)劃。對(duì)于這一個(gè)提振信心的政策出臺(tái)，中國(guó)科學(xué)院汪集暘院士認(rèn)為：“十一五”風(fēng)能被寫(xiě)進(jìn)能源規(guī)劃，結(jié)果風(fēng)能裝機(jī)翻了好幾番；“十二五”把太陽(yáng)能寫(xiě)進(jìn)能源規(guī)劃，據(jù)說(shuō)太陽(yáng)能裝機(jī)增長(zhǎng)了100多倍。以目前地?zé)岬幕A(chǔ)和發(fā)展?fàn)顩r，翻番甚至十幾倍是值得期待的[16]。

近年來(lái)，國(guó)家部委還相繼出臺(tái)了一些關(guān)于支持地?zé)崆鍧嵞茉撮_(kāi)發(fā)利用的政策和文件。

2016年，《中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要》中指出：建設(shè)現(xiàn)代能源體系，加快發(fā)展生物質(zhì)能、地?zé)崮?，加快推進(jìn)地?zé)崮芾玫燃夹g(shù)研發(fā)。

2016年12月20日國(guó)土資源部《我國(guó)地?zé)崽綔y(cè)與地?zé)崮芾梅桨浮分赋觯旱?030年，建立地?zé)崮芴綔y(cè)與規(guī)模開(kāi)發(fā)成套技術(shù)，突破干熱巖高效利用核心技術(shù)，為地?zé)豳Y源占國(guó)家一次能源消費(fèi)總量達(dá)3%提供支撐。

2017年4月18日，國(guó)家能源局下發(fā)《關(guān)于可再生能源供熱的意見(jiàn)》，要求到2020年全國(guó)地?zé)衢_(kāi)發(fā)利用規(guī)模達(dá)到16億m2，同時(shí)大力發(fā)展淺層地?zé)崮芩礋岜?、工業(yè)供熱、種植養(yǎng)殖，折合標(biāo)準(zhǔn)煤93000萬(wàn)t/a。

《國(guó)土資源“十三五”科技創(chuàng)新發(fā)展規(guī)劃》提出：在“十三五”期間，將重點(diǎn)開(kāi)展萬(wàn)米以淺地?zé)豳Y源探測(cè)重大科學(xué)技術(shù)研究；繼續(xù)擴(kuò)大淺層地溫能調(diào)查評(píng)價(jià)范圍；開(kāi)展重點(diǎn)地區(qū)干熱巖調(diào)查，圈定靶區(qū)，評(píng)價(jià)開(kāi)發(fā)利用潛力，利用3～5年時(shí)間，初步建成2～3個(gè)干熱巖勘查開(kāi)發(fā)示范基地等工作。

2017年12月29日，國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)、國(guó)土資源部、環(huán)境保護(hù)部、住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部、水利部、國(guó)家能源局聯(lián)合出臺(tái)了《關(guān)于加快淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用促進(jìn)北方采暖地區(qū)燃煤減量替代的通知》(發(fā)改環(huán)資[2017]2278號(hào))，要求因地制宜加快推進(jìn)淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用，推進(jìn)北方采暖地區(qū)居民供熱等領(lǐng)域燃煤減量替代，提高區(qū)域供熱制冷能源利用效率和清潔化水平。

3.3 各級(jí)政府的大力扶持是保障

地?zé)豳Y源的勘探開(kāi)發(fā)利用同樣得到各級(jí)地方政府的鼓勵(lì)和扶持。河北、陜西、河南、山東、貴州、上海、安徽等省市繼北京和天津之后，也相繼出臺(tái)了地方地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用“十三五”規(guī)劃或相關(guān)支持政策。列舉部分如下：

2017年1月4日，河南省發(fā)布了《河南省“十三五”能源發(fā)展規(guī)劃》，提出“十三五”期間，新增地?zé)峁┡评涿娣e3000萬(wàn)m2,累積達(dá)到5500萬(wàn)m2;

2017年3月15口，上海市人民政府印發(fā)《上海市能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，“十三五”期間力爭(zhēng)新增地?zé)崮芾妹娣e500萬(wàn)m2；

2017年4月25日，河北省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳印發(fā)《河北省城鎮(zhèn)供熱“十三五”規(guī)劃》，力爭(zhēng)到2020年，地?zé)崮芄崮芰鄯e達(dá)到1.3億m2，替代標(biāo)煤337萬(wàn)t，減排二氧化碳800萬(wàn)t；

2017年4月30日，安徽省人民政府辦公廳印發(fā)《安徽省能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，規(guī)劃指出要積極發(fā)展可再生能源，推廣熱泵系統(tǒng)、冷熱聯(lián)供等技術(shù)應(yīng)用，擴(kuò)大地?zé)崮芎涂諝饽芾茫?/p>

2017年5月3日，山東省發(fā)展和改革委員會(huì)印發(fā)《山東省新能源和可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃(2016—2030)》，力爭(zhēng)2020年底，山東省地?zé)崮芸偣┡?制冷)面積達(dá)到1.4億m2。到2030年底，山東省地?zé)崮芸偣┡?制冷)面積達(dá)到3億m2；

2017年5月8日，貴州省發(fā)展和改革委員會(huì)、貴州省能源局聯(lián)合印發(fā)《貴州省能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，到2020年能源消耗總量11800萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤，其中非化石能源2400萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤；

2018年1月8日，陜西省發(fā)布《關(guān)于發(fā)展地?zé)峁岬膶?shí)施意見(jiàn)》，提出了建設(shè)地?zé)崮芄嵋?guī)?；瘧?yīng)用試點(diǎn)示范區(qū)3～5個(gè)，發(fā)展地?zé)崮芄?00萬(wàn)m2以上的發(fā)展目標(biāo)，力爭(zhēng)到2020年建筑地?zé)峁┡瘧?yīng)用比例占新增建筑供熱的10%。

3.4 相關(guān)核心技術(shù)的創(chuàng)新突破提供了支撐

地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)利用是一個(gè)大的產(chǎn)業(yè)鏈，涉及到多學(xué)科領(lǐng)域。近年來(lái)，隨著國(guó)家在新型潔凈能源方面科研投入力度的加大，眾多相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)取得了進(jìn)展和突破。僅就鉆井完井技術(shù)而言，耐240 ℃高溫的水基鉆井液[17]、超高溫測(cè)溫儀、渦輪鉆具等研制成功，一批智能化、電驅(qū)動(dòng)的升級(jí)換代地?zé)釋?zhuān)用鉆機(jī)陸續(xù)推出，使找到并利用更深的地?zé)豳Y源變成了可能。此外，水平定向鉆進(jìn)技術(shù)、非開(kāi)挖鋪管技術(shù)等技術(shù)的日益完善，可以提高地?zé)崮艿睦眯?，降低開(kāi)采成本。

3.5 產(chǎn)業(yè)活力增強(qiáng)，吸引資本投入，為產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供動(dòng)力

2017年以來(lái)，地?zé)嵝袠I(yè)進(jìn)入了空前的活躍期，各類(lèi)地?zé)豳Y源勘探開(kāi)發(fā)相關(guān)的學(xué)術(shù)研討、培訓(xùn)及交流活動(dòng)頻繁。在人才培養(yǎng)方面，相關(guān)高等院校積極加強(qiáng)新能源和地?zé)釋W(xué)科建設(shè)，如中國(guó)石油大學(xué)(北京)提出“新能源科學(xué)與工程”(地?zé)?、天然氣水合物、先進(jìn)能源材料)一流學(xué)科建設(shè)方案；成都理工大學(xué)在“新能源科學(xué)與工程”專(zhuān)業(yè)設(shè)置了地?zé)岱较颍缓颖钡刭|(zhì)大學(xué)成立了地?zé)釋W(xué)院，加強(qiáng)地?zé)釋W(xué)科建設(shè)。

目前，地?zé)岙a(chǎn)業(yè)也吸引了大量民營(yíng)資本的進(jìn)入。地美特新能源科技有限公司董事長(zhǎng)陳澤民是三全食品的創(chuàng)始人，他退休后重新創(chuàng)業(yè)，投資地?zé)岚l(fā)電，從研發(fā)、鉆井到前期試驗(yàn)，先后投入了上億元資金，2018年1月13日，位于云南瑞麗的地美特地?zé)岚l(fā)電站分布式地?zé)岚l(fā)電項(xiàng)目發(fā)電試驗(yàn)成功。該地?zé)岚l(fā)電站規(guī)劃裝機(jī)10 MW，目前凈發(fā)電能力1.2 MW。雖然目前還是處于“燒錢(qián)”狀態(tài)，但陳澤民信心滿(mǎn)滿(mǎn)：“燒錢(qián)只是前期的，如果后續(xù)能夠發(fā)展壯大，能夠有政策支持，實(shí)現(xiàn)像光伏一樣的規(guī)?；ㄔO(shè)，地?zé)岚l(fā)電的成本是可以不斷下降的，未來(lái)有能力和光伏、風(fēng)電甚至是火電競(jìng)爭(zhēng)”[18]。

政府重視支持，產(chǎn)業(yè)活力十足，大量資本投入，地?zé)岙a(chǎn)業(yè)發(fā)展的“春天”已經(jīng)到來(lái)了。

4 主要問(wèn)題研究與思考

4.1 政策引導(dǎo)及觀念問(wèn)題

盡管目前出臺(tái)了許多支持地?zé)崆鍧嵞茉撮_(kāi)發(fā)利用的政策和文件，但是在許多地方對(duì)地?zé)豳Y源的認(rèn)識(shí)還處于一個(gè)一知半解的狀態(tài)，認(rèn)為地?zé)衢_(kāi)發(fā)會(huì)造成地面沉降、建筑物裂縫等。由于慣性思維，目前電仍然是供暖制冷的主要能源。電是怎么來(lái)的？許多地方為了減少霧霾和煤的消耗，把燃煤電廠改造成天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)，大力推廣并實(shí)行“煤改氣”行動(dòng)。2013年11月，中國(guó)工程院院士、中國(guó)能源學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)倪維斗在“空氣質(zhì)量管理國(guó)際研討會(huì)”上提出：燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)排放的主要成分是NOx，對(duì)霧霾PM2.5貢獻(xiàn)較大。

在目前技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下，地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用基本都實(shí)現(xiàn)了密閉狀態(tài)下的供暖制冷，達(dá)到了“取熱不取水”，地下鉆孔和鉆井僅僅是熱交換的空間，從而不會(huì)造成地下水位下降、地下水質(zhì)變化、地面沉降等地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題。地?zé)豳Y源具有資源儲(chǔ)量大、分布廣泛、開(kāi)發(fā)利用便利、開(kāi)發(fā)成本低、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。在初期投資方面略高于燃煤鍋爐和燃?xì)忮仩t，但是，后期運(yùn)行費(fèi)用則是所有供暖方式中最低的。根據(jù)鄭州市發(fā)改委相關(guān)數(shù)據(jù)顯示：鄭州市集中供暖目前收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)0.19～0.28元/(m2·d)，而地?zé)?淺層和中深層)供暖運(yùn)行費(fèi)用僅0.08～0.12元/(m2·d)。無(wú)論是燃煤還是燃?xì)夤┡欧糯罅康姆蹓m、CO2、NOx、SO2等污染物,而地?zé)崆鍧嵞茉垂┡评鋭t是零排放，綠色環(huán)保、環(huán)境效益顯著。

4.2 地?zé)豳Y源管理問(wèn)題

地方政府在地?zé)釢崈裟茉辞捌诳辈橥度氩蛔?，地?zé)岬刭|(zhì)基礎(chǔ)資料不詳實(shí)、不全面，地?zé)岬刭|(zhì)基礎(chǔ)工作較差。特別是地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)屬于哪個(gè)部門(mén)監(jiān)管和審批，都沒(méi)有明確規(guī)定。許多地方把地?zé)豳Y源列入地下水資源進(jìn)行管理，從而出現(xiàn)了不回灌、回灌困難、亂排放等諸多問(wèn)題。另外，大部分地方缺乏地?zé)崆鍧嵐┡y(tǒng)一規(guī)劃，各地在制定供暖規(guī)劃中仍較少考慮地?zé)崆鍧嵞茉垂┡Ｈ绾幽暇蜎](méi)有真正意義上實(shí)行統(tǒng)一管理，出現(xiàn)了亂批、亂采和無(wú)序現(xiàn)象。所以，目前急需解決的問(wèn)題是：明確地?zé)豳Y源屬性和地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用監(jiān)管部門(mén)，規(guī)范地?zé)豳Y源勘查與開(kāi)發(fā)市場(chǎng)；制定地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用發(fā)展規(guī)劃和立法，制定相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，出臺(tái)相關(guān)優(yōu)惠政策、措施，鼓勵(lì)地?zé)崆鍧嵞茉吹目辈榕c開(kāi)發(fā)。

4.3 水熱型地?zé)豳Y源綜合開(kāi)發(fā)利用問(wèn)題

圖3是國(guó)內(nèi)最為常見(jiàn)的水熱型地?zé)峁┡疽鈭D。多數(shù)地區(qū)地?zé)崴褂脝我?，沒(méi)有綜合和梯級(jí)利用，從而造成寶貴資源的浪費(fèi)。特別是溫泉洗浴的尾水(溫度38～42 ℃左右)全部白白排放，不但造成熱能的浪費(fèi)，同時(shí)還導(dǎo)致熱污染和地下水環(huán)境的破壞。真正的地?zé)豳Y源綜合開(kāi)發(fā)利用理念是把地?zé)峁┡?、工業(yè)烘干、溫泉療養(yǎng)、度假、種植養(yǎng)殖(觀光農(nóng)業(yè))等一體化整體規(guī)劃開(kāi)發(fā)，這樣才可能形成地?zé)岙a(chǎn)業(yè)化，其經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益更為顯著。

圖3 國(guó)內(nèi)常見(jiàn)水熱型地?zé)峁┡疽鈭D

在中深層水熱型地?zé)峁┡矫?，?guó)內(nèi)主要是采取對(duì)地?zé)崴h(huán)取熱后進(jìn)行回灌。這種方式換熱效率和能源利用系數(shù)高，每延米換熱功率>1000 W,且技術(shù)相對(duì)成熟和成效顯著。但是，有些地層回灌率低不能實(shí)現(xiàn)100%回灌，或者回灌水是否全部進(jìn)入原儲(chǔ)層中？長(zhǎng)期大量低溫水回灌是否會(huì)引起區(qū)域地質(zhì)環(huán)境變化和冷熱失衡？這些都是新的課題和面臨的挑戰(zhàn)。目前，地?zé)峁┡袌?chǎng)出現(xiàn)了一種“取熱不取水”深井內(nèi)套管換熱技術(shù)，其換熱效果和冷熱失衡問(wèn)題，還需要實(shí)際工程和應(yīng)用的檢驗(yàn)。實(shí)際上該項(xiàng)“取熱不取水”換熱技術(shù)早在1995年德國(guó)、瑞士、美國(guó)等西方國(guó)家就開(kāi)始使用，據(jù)統(tǒng)計(jì)：井底溫度45～100 ℃，每延米換熱功率僅43～67 W，換熱功率80～150 kW[19]。深部地?zé)徙@井工程投資較大，如果這么低的換熱功率，勢(shì)必會(huì)增加初期投資和運(yùn)行過(guò)程的能耗。但是，“取熱不取水”換熱技術(shù)是未來(lái)發(fā)展方向。所以，針對(duì)不同地區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)條件，加大深井換熱系統(tǒng)的技術(shù)研究和應(yīng)用具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。該系統(tǒng)應(yīng)該涉及耐腐蝕、導(dǎo)熱性好的換熱套管或循環(huán)管線(xiàn)新型材料的研發(fā)、密閉環(huán)路中低沸點(diǎn)循環(huán)介質(zhì)選擇、回填材料的選擇及地下環(huán)境冷熱平衡的監(jiān)測(cè)等，目的是提高安全、穩(wěn)定、耐用的換熱系統(tǒng)和換熱功率。

4.4 淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)方式問(wèn)題

圖4是淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用的幾種方式，最為常見(jiàn)的是地下水源熱泵和土壤源熱泵方式。從項(xiàng)目投資、能源利用效率、使用維護(hù)和運(yùn)行質(zhì)量方面來(lái)看，幾種方式各有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。其中，地下水源熱泵供暖制冷相對(duì)是個(gè)優(yōu)先選擇的方式，但是，在地下水埋深淺和豐富的細(xì)顆粒地層中，循環(huán)系統(tǒng)地下水回灌困難是一個(gè)突出問(wèn)題。有些施工單位為了解決回灌問(wèn)題和偷工減料，把回灌井與城市市政管網(wǎng)連接，長(zhǎng)期過(guò)程必然造成區(qū)域地下水位下降和地面不均勻沉降，其后果嚴(yán)重。所以，一方面要加大監(jiān)管和監(jiān)測(cè)，另一方面加大淺層地?zé)崮芸辈樵u(píng)價(jià)，詳細(xì)確定劃分淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用地下水源和土壤源適宜區(qū)。在粗顆粒卵礫石、巖溶和構(gòu)造發(fā)育好的地層，且地下水豐富的地區(qū)，優(yōu)先發(fā)展地下水源熱泵開(kāi)發(fā)淺層地?zé)崮?；在?xì)顆?；毓嗬щy地層，則可優(yōu)先考慮土壤源熱泵開(kāi)發(fā)淺層地?zé)崮堋?/p>

4.5 地?zé)豳Y源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和監(jiān)管問(wèn)題

圖4淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)主要方式

新時(shí)代地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用勢(shì)必會(huì)進(jìn)入一個(gè)新的快速發(fā)展期。在這個(gè)機(jī)遇和挑戰(zhàn)并存的時(shí)期，地?zé)豳Y源量、開(kāi)發(fā)利用可持續(xù)性、回灌率、鉆井工程質(zhì)量、地下水位和水質(zhì)變化、地層冷熱平衡等問(wèn)題，都需要具備專(zhuān)業(yè)能力的第三方進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和處置預(yù)案。否則，地?zé)豳Y源處于一個(gè)大規(guī)模無(wú)序、不可掌控的開(kāi)發(fā)狀態(tài)，其帶來(lái)的系列問(wèn)題將嚴(yán)重影響著區(qū)域地質(zhì)環(huán)境和建筑物安全。所以，在地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)進(jìn)入高潮的同時(shí)，政府和專(zhuān)業(yè)部門(mén)應(yīng)加大地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)的事前、事中和事后監(jiān)管。事前監(jiān)管是對(duì)地區(qū)地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)實(shí)施方案、可行性報(bào)告的審查、審批；事中監(jiān)管主要是對(duì)地下能源采集系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)、施工、質(zhì)量進(jìn)行全覆蓋監(jiān)管和驗(yàn)收；事后監(jiān)管主要對(duì)換熱效率、運(yùn)行狀態(tài)、能耗、回灌率、地下水水位和水質(zhì)、冷熱平衡等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)，并利用互聯(lián)網(wǎng)形成大數(shù)據(jù)庫(kù)，為地?zé)豳Y源科學(xué)、合理、持續(xù)開(kāi)發(fā)利用決策提供技術(shù)支撐。

4.6 鉆井工藝方面問(wèn)題

國(guó)內(nèi)中深層水熱型地?zé)岷蜏\層地?zé)崮芩礋岜谩⑼寥涝礋岜玫叵聯(lián)Q熱系統(tǒng)，其鉆井(孔)工藝普遍采用正循環(huán)泥漿鉆進(jìn)工藝，這也是最傳統(tǒng)最常用的工藝方法。該工藝方法存在的首要問(wèn)題是鉆井液污染和堵塞地層，直接影響整個(gè)鉆井工程質(zhì)量、單井出水量和地下?lián)Q熱效率。其次是鉆遇漏失地層需要大量的水、鉆井液材料和處理劑等，將增加鉆井成本，特別是地埋管鉆孔，鉆至設(shè)計(jì)深度下入U(xiǎn)形PE管后隨即進(jìn)行回填，而無(wú)法洗井，這樣就會(huì)造成常規(guī)鉆孔過(guò)程中孔壁泥皮無(wú)法清除，阻礙了地層溫度與U形管內(nèi)循環(huán)介質(zhì)的熱快速傳導(dǎo)，從而影響地下的熱交換效率。

所以，為了保證鉆井(孔)質(zhì)量，提高地下?lián)Q熱效率，在地層條件允許情況下優(yōu)先選擇空氣鉆井(孔)和泵吸反循環(huán)鉆井工藝。同時(shí)，設(shè)備制造業(yè)加大對(duì)小口徑泵吸反循環(huán)鉆機(jī)或輕便、移動(dòng)快速其它鉆機(jī)及配套鉆具、鉆頭的研發(fā)。

4.7 地下管材腐蝕結(jié)垢問(wèn)題

目前，在中深層水熱型地?zé)徙@井采用的成井管材多數(shù)為石油套管，1500 m以淺的水熱型地?zé)岢删懿倪€有許多地區(qū)使用普通無(wú)縫或有縫鋼管，地下水源熱泵開(kāi)發(fā)淺層地?zé)崮艿某樗突毓嗑鄶?shù)采用水泥管材或普通金屬管材。據(jù)理論研究和實(shí)際應(yīng)用情況可知：金屬管材普遍存在腐蝕和結(jié)垢問(wèn)題，特別是在20～30 ℃地下環(huán)境中，鐵細(xì)菌(好氧菌)和硫酸鹽還原菌(厭氧菌)將大量繁殖生長(zhǎng),這些微生物大量繁殖在金屬表面或縫隙處產(chǎn)生結(jié)垢的同時(shí)，其分泌物產(chǎn)生“微生物粘泥”與其他固體物混合粘附在井壁上而形成膠結(jié)物[20]，這些都是抽水量和回灌率逐年減小的基本原因。金屬結(jié)垢與腐蝕伴生，結(jié)垢可以形成垢下腐蝕(縫隙腐蝕)，在其它電偶腐蝕、應(yīng)力腐蝕、溶解氧濃差腐蝕等基礎(chǔ)上更加快速使金屬管材腐蝕破裂。所以，對(duì)地?zé)岣g性較強(qiáng)情況下，其成井管材的研發(fā)和應(yīng)用研究是一個(gè)重要的課題。

淺層地?zé)崮芡寥涝礋岜孟到y(tǒng)，目前國(guó)內(nèi)最為常用的管材是聚乙烯(PE)，其優(yōu)點(diǎn)是不存在腐蝕結(jié)垢、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，但其主要問(wèn)題是導(dǎo)熱系數(shù)僅0.4 W/m·k左右，與金屬材料相比相差80～110倍。另外，隨著中深層“取熱不取水”換熱技術(shù)的發(fā)展，高強(qiáng)度、耐腐蝕、導(dǎo)熱性好的新型材料研發(fā)同樣是一個(gè)重點(diǎn)方向。

4.8 熱泵機(jī)組及循環(huán)系統(tǒng)安裝問(wèn)題

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)的熱泵機(jī)組和整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)的安裝幾乎都是在現(xiàn)場(chǎng)狹窄場(chǎng)地進(jìn)行安裝和焊接，安裝時(shí)間長(zhǎng)，而且各種管路的焊接和保暖處理完全靠人工完成，需要大量的現(xiàn)場(chǎng)施工人員，造成現(xiàn)場(chǎng)管理和文明施工不利、成本增加和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一等問(wèn)題。所以，未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)該是將各系統(tǒng)在工廠進(jìn)行模塊化生產(chǎn)，送到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)組裝，這樣不僅可以實(shí)現(xiàn)快速文明施工，而且還可以衍生出一個(gè)新型的產(chǎn)業(yè)。

4.9 地?zé)豳Y源宣傳方面的問(wèn)題

地?zé)崾谴笞匀火佡?zèng)給人類(lèi)的寶貴資源和清潔能源，具有資源儲(chǔ)量巨大、分布廣泛、開(kāi)發(fā)利用方便、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定安全等特征。然而目前還有許多人認(rèn)為地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)會(huì)造成地面沉降、地下水位下降、建筑物傾斜等。形成這種錯(cuò)誤觀念主要是因?yàn)閷?duì)地?zé)豳Y源的宣傳和科普力度不夠，或?qū)δ承﹤€(gè)別出現(xiàn)的問(wèn)題無(wú)限夸大宣傳等。所以，各省地礦局或相關(guān)單位應(yīng)該承擔(dān)起科普或宣傳義務(wù)和責(zé)任，使政府決策部門(mén)和社會(huì)深入了解地?zé)豳Y源，只有這樣才可能得到全社會(huì)的認(rèn)可，才可能使地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用走向正常發(fā)展之路。如河南省地礦局針對(duì)地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用存在的問(wèn)題和新時(shí)代地?zé)崆鍧嵞茉窗l(fā)展趨勢(shì)，提出了服務(wù)政府、服務(wù)社會(huì)、服務(wù)市場(chǎng)“三個(gè)服務(wù)”新理念，主動(dòng)作為，多渠道交流和宣傳，2017年，局長(zhǎng)親自組織職能處室和專(zhuān)家編制相關(guān)地?zé)豳Y源圖冊(cè)和匯報(bào)材料，向省政府、省發(fā)改委(省能源局)和省人大多次匯報(bào)并進(jìn)行相關(guān)的工作交流、座談。最終在11月14日，《河南省人民政府辦公廳關(guān)于印發(fā)河南省推進(jìn)能源業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展方案的通知》(豫政辦[2017]134號(hào))中明確：積極穩(wěn)妥推進(jìn)河南省地?zé)峁┡?，由?guó)土資源廳和省地礦局牽頭、省發(fā)改委、財(cái)政廳、住房與城鄉(xiāng)建設(shè)廳、水利廳和河南能監(jiān)辦配合，負(fù)責(zé)并啟動(dòng)重點(diǎn)地區(qū)地?zé)豳Y源潛力勘查與評(píng)價(jià)，研究制定地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用指導(dǎo)意見(jiàn)。按照文件要求，2018年持續(xù)推進(jìn)全省地?zé)豳Y源潛力勘查與評(píng)價(jià)，摸清資源底數(shù)，不斷完善地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用政策體系和管理方式，總結(jié)地?zé)崮芄┡瘏^(qū)域連片推進(jìn)開(kāi)發(fā)利用模式，將地?zé)峁┡{入城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施范圍，統(tǒng)一規(guī)劃，有序開(kāi)發(fā)，在具備條件的地方，以城鎮(zhèn)新規(guī)劃區(qū)、公共建筑和新建住宅小區(qū)為重點(diǎn)進(jìn)行復(fù)制推廣。到2020年，全省地?zé)峁┡娣e累計(jì)達(dá)到11700萬(wàn)m2。為彰顯地質(zhì)工作的服務(wù)能力和作用地位以及地勘隊(duì)伍的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

4.10 地?zé)?溫泉)文化建設(shè)方面問(wèn)題

中國(guó)的溫泉文化可追溯到五千年前的“神農(nóng)”時(shí)代，人們發(fā)現(xiàn)常泡溫泉可以治愈許多皮膚、風(fēng)濕和筋骨方面的疾病。如《本草綱目》中關(guān)于溫泉理療保健作用提出：“諸風(fēng)筋攣縮，及肌皮頑痹，手足不遂，無(wú)眉發(fā)、疥癬諸疾，取泉斷之”。隨即出現(xiàn)了第一代“洗浴”溫泉文化、第二代“療養(yǎng)”溫泉文化、第三代“泡湯”溫泉文化和現(xiàn)在的第四代“特色”溫泉文化?，F(xiàn)代所謂的第四代溫泉文化多數(shù)是增加溫泉酒店、水上娛樂(lè)、人工瀑布等，形式上比傳統(tǒng)的溫泉文化增加了一些服務(wù)項(xiàng)目，真正意義上的文化沒(méi)有得到傳承和發(fā)展。地?zé)釡厝哂小盁帷⒌V、水”三位一體特征，怎樣綜合用好“熱”？不同類(lèi)型的“礦和水”對(duì)人體和農(nóng)漁牧業(yè)的理療保健和特色種植養(yǎng)殖效果不同。所以，真正意義上的地?zé)釡厝幕蔷C合開(kāi)發(fā)利用、打造不同礦水理療保健和種植養(yǎng)殖的品牌，在清潔供暖、溫泉理療、地?zé)峥破战逃?、溫泉度假旅游、特色生態(tài)農(nóng)業(yè)和養(yǎng)殖等產(chǎn)業(yè)方面形成特色小鎮(zhèn)或溫泉之鄉(xiāng)，促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，實(shí)現(xiàn)綠水青山就是金山銀山的目的。

5 結(jié)語(yǔ)

地?zé)崾谴笞匀火佡?zèng)給人類(lèi)的寶貴資源和清潔能源，在生態(tài)文明建設(shè)和大力推進(jìn)清潔能源開(kāi)發(fā)利用新的形勢(shì)下，開(kāi)發(fā)利用地?zé)崆鍧嵞茉床粌H可以?xún)?yōu)化我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、減少霧霾和污染，而且還可加速鉆井和供暖制冷設(shè)備制造業(yè)、各類(lèi)監(jiān)測(cè)儀器和儀表業(yè)、特色生態(tài)農(nóng)業(yè)、旅游度假休閑等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。新時(shí)代大力開(kāi)發(fā)利用地?zé)崆鍧嵞茉匆饬x重大，與此同時(shí)，怎樣在保護(hù)中科學(xué)、合理、持續(xù)開(kāi)發(fā)利用也是目前亟待解決的問(wèn)題和新的課題。

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