(河北地質(zhì)大學(xué) 河北 石家莊 050000)

一、地?zé)豳Y源與地?zé)岚l(fā)電

(一)地?zé)豳Y源概述。地?zé)豳Y源是能夠經(jīng)濟(jì)地被人類所利用的地球內(nèi)部的地?zé)崮?，地?zé)崃黧w及其有用組分[1]。目前可利用的地?zé)豳Y源主要包括：天然出露的溫泉、通過熱泵技術(shù)開發(fā)利用的淺層地?zé)崮埽ㄟ^人工鉆井直接開采利用的地?zé)崃黧w以及干熱巖體中的地?zé)豳Y源。

中國(guó)地?zé)豳Y源分布具有明顯的規(guī)律性和地帶性。水熱型地?zé)豳Y源主要分布于中國(guó)的東部地區(qū)、東南沿海、川西和滇西等地區(qū)[2]。其中，高溫地?zé)豳Y源主要分布于藏南、滇西等地區(qū)，其余地區(qū)為中低溫地?zé)豳Y源。淺層地?zé)崮苤傅厍驕\表層數(shù)百米內(nèi)的土壤砂石和地下水中所蘊(yùn)藏的低溫?zé)崮埽淠芰縼碓从谔栞椛浜偷厍蛱荻仍鰷?，主要采用熱泵系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)利用，是一種可再生能源，與水熱型地?zé)豳Y源相比，淺層地?zé)崮芊植紡V泛，在目前經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下，廣大寒冷地區(qū)、夏熱冬冷、夏熱冬暖地區(qū)均可開發(fā)利用。

(二)地?zé)岚l(fā)電。早在20世紀(jì)40年代，意大利的皮也羅·吉諾尼·康蒂王子在拉德雷羅首次把天然的地?zé)嵴羝糜诎l(fā)電。地?zé)岚l(fā)電，是利用液壓或爆破碎裂法將水注入到巖層中，產(chǎn)生高溫水蒸氣，然后將蒸汽抽出地面推動(dòng)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而發(fā)電[3]。在這過程中，將一部分未利用的蒸汽或者廢氣經(jīng)過冷凝器處理還原為水回灌到地下，循環(huán)往復(fù)。簡(jiǎn)而言之，地?zé)岚l(fā)電實(shí)際上就是把地下的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，然后再將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿哪芰哭D(zhuǎn)變過程。針對(duì)溫度不同的地?zé)豳Y源，地?zé)岚l(fā)電有4種基本發(fā)電方式，即直接蒸汽發(fā)電法、擴(kuò)容(閃蒸法)發(fā)電法、中間介質(zhì)(雙循環(huán)式)發(fā)電法和全流循環(huán)式發(fā)電法。

二、地?zé)岚l(fā)電的發(fā)展

(一)地?zé)岚l(fā)電的歷史。地?zé)岚l(fā)電至今已有近百年的歷史了，新西蘭、菲律賓、美國(guó)、日本等國(guó)都先后投入到地?zé)岚l(fā)電的大潮中，其中美國(guó)地?zé)岚l(fā)電的裝機(jī)容量居世界首位。在美國(guó)，大部分的地?zé)岚l(fā)電機(jī)組都集中在蓋瑟斯地?zé)犭娬?。蓋瑟斯地?zé)犭娬疚挥诩永Ｄ醽喼菖f金山以北約20公里的索諾馬地區(qū)。1920年在該地區(qū)發(fā)現(xiàn)溫泉群、噴氣孔等熱顯示，1958年投入多個(gè)地?zé)峋投嗯_(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組，至1985年電站裝機(jī)容量已達(dá)到1361兆瓦。

20世紀(jì)70年代初，我國(guó)在江西、廣東等地開發(fā)中低溫地?zé)崮?建設(shè)了一批地?zé)崾痉峨娬尽?977年，我國(guó)開始開發(fā)中高溫地?zé)崮?，并在西藏羊八井建設(shè)了第一個(gè)中高溫地?zé)岚l(fā)電示范電站[4]。喜馬拉雅山地帶高溫地?zé)嵊?55處5800MW。

(二)地?zé)岚l(fā)電的現(xiàn)狀。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析表明，地?zé)崮艿睦孟禂?shù)是目前已知所有可再生能源中最高的。聯(lián)合國(guó)世界能源評(píng)估報(bào)告(WEA)數(shù)據(jù)顯示：風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電年運(yùn)行時(shí)間約2500 h，而地?zé)岚l(fā)電年運(yùn)行時(shí)間能達(dá)到近8000 h，是風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電年運(yùn)行時(shí)間的3～4倍；風(fēng)力發(fā)電機(jī)組年利用系數(shù)為21%，光伏發(fā)電機(jī)組年利用系數(shù)為14%，而地?zé)岚l(fā)電機(jī)組年利用系數(shù)可以高達(dá)85%～95%，其利用系數(shù)是風(fēng)力發(fā)電的3.4倍、太陽能發(fā)電的5.1倍[5]。

迄今運(yùn)行的地?zé)犭娬居?處共27.78MW，中國(guó)尚有大量高低溫地?zé)?，尤其是西部地?zé)峒贝_發(fā)。但截至2016年底，我國(guó)地?zé)岚l(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量?jī)H為27 MW，位居全球第18位，發(fā)展緩慢。近年來地?zé)岚l(fā)電逐漸得到重視，如西藏羊易地?zé)岚l(fā)電一期機(jī)組已安裝完畢，發(fā)電工作穩(wěn)步推進(jìn)；云南“瑞麗100 MW地?zé)岚l(fā)電項(xiàng)目”一期4 MW發(fā)電機(jī)組的第一臺(tái)1 MW發(fā)電設(shè)備在云南省德宏州瑞麗市進(jìn)行了首次地?zé)岚l(fā)電試驗(yàn)，并網(wǎng)成功；西藏古堆地?zé)岚l(fā)電工作正在積極開展等。相信在不久的將來，我國(guó)地?zé)岚l(fā)電將取得新的突破[6]。

我國(guó)地?zé)岚l(fā)電產(chǎn)業(yè)將實(shí)施“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略，即近期以中高溫地?zé)岚l(fā)電為主、中低溫地?zé)岚l(fā)電為輔；中期中高溫與中低溫地?zé)岚l(fā)電并存；遠(yuǎn)期干熱巖發(fā)電商業(yè)運(yùn)行，地?zé)岚l(fā)電在全國(guó)大范圍推廣。

目前，全世界有120多個(gè)國(guó)家在開發(fā)利用地?zé)豳Y源，其中比較典型的有美國(guó)、日本、新西蘭、菲律賓、印尼等，年利用能量折合365×104t石油當(dāng)量，并以12%的速度遞增。全球地?zé)崮艿臐撛谫Y源，約相當(dāng)于現(xiàn)在全球能源消耗總量的45×104倍，地下熱能的總量約為煤全部燃燒所放出熱量的1.7×108倍。世界能源專家預(yù)計(jì)，到 2100 年地?zé)豳Y源的利用將占世界能源總量的30%～80%。因此，地?zé)豳Y源的開發(fā)與應(yīng)用將具有十分廣闊的前景。

三、地?zé)岚l(fā)電的前景展望

(一)地?zé)岚l(fā)電的前景。近年來，國(guó)家大力發(fā)展可再生能源的政策為中國(guó)地?zé)岙a(chǎn)業(yè)的發(fā)展迎來了重大機(jī)遇，地?zé)豳Y源開發(fā)利用的第二個(gè)春天到來。但是必須看到，當(dāng)前中國(guó)地?zé)豳Y源開發(fā)利用既有優(yōu)勢(shì)和機(jī)遇，也有劣勢(shì)和挑戰(zhàn)。

優(yōu)勢(shì)主要包括：地?zé)豳Y源豐富，開發(fā)潛力巨大；經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)，國(guó)家節(jié)能減排和應(yīng)對(duì)氣候變化的需要，地?zé)崾袌?chǎng)需求巨大[7]；地?zé)崮軣嵩捶€(wěn)定，能源利用系數(shù)最高，平均為73%，是太陽能的5.4倍，風(fēng)能的3.6倍，而且CO2減排效果顯著，地?zé)崾且环N現(xiàn)實(shí)并具有競(jìng)爭(zhēng)力的可再生能源。

劣勢(shì)主要包括：全國(guó)地?zé)峥辈槌潭容^低，探明的地?zé)醿?chǔ)量規(guī)模小、品質(zhì)差，特別是已探明大型高溫地?zé)崽锷?，不足以支撐地?zé)岚l(fā)電等規(guī)?；_發(fā)利用等直接利用為主，地?zé)岚l(fā)電比重偏低；核心技術(shù)體系有待進(jìn)一步完善，砂巖經(jīng)濟(jì)回灌、中低溫地?zé)岚l(fā)電等技術(shù)有待突破；環(huán)保意識(shí)淡薄，地?zé)嵛菜蟛糠种苯优欧?，造成環(huán)境污染；與太陽能、風(fēng)能等其他清潔能源相比，對(duì)地?zé)岬恼咧С至Χ冗€有很大差距；地?zé)豳Y源管理缺位，在國(guó)家層面，還沒有正式制訂出臺(tái)有針對(duì)性的地?zé)衢_發(fā)法律法規(guī)和行業(yè)發(fā)展規(guī)劃；還沒有開展干熱巖開發(fā)利用相關(guān)研究。

(二)地?zé)岚l(fā)電的建議。地?zé)崮苁且环N可再生能源，對(duì)于地?zé)岚l(fā)電項(xiàng)目，相關(guān)部門需按照可再生能源電價(jià)的相關(guān)要求，對(duì)地?zé)岚l(fā)電上網(wǎng)電價(jià)給予補(bǔ)貼。對(duì)于地?zé)崮芄┡评涞捻?xiàng)目，運(yùn)行電價(jià)參照居民用電價(jià)格執(zhí)行；實(shí)行分檔計(jì)量的，按最低檔價(jià)格計(jì)費(fèi)。

地?zé)岚l(fā)電要取得跨越式發(fā)展，有以下幾點(diǎn)意見供參考：

(1)研發(fā)低溫低成本地?zé)岚l(fā)電技術(shù)，目前我國(guó)深層地?zé)崴疁囟榷鄶?shù)達(dá)不到經(jīng)濟(jì)發(fā)電的要求，需要研發(fā)低溫條件下具備經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)電技術(shù)；

(2)突破高溫?zé)釒r發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)，高溫?zé)釒r儲(chǔ)藏著巨大的熱能，應(yīng)加大技術(shù)創(chuàng)新，提取高溫?zé)釒r內(nèi)部的能量進(jìn)行利用；

(3)進(jìn)行多產(chǎn)業(yè)能源的綜合利用，不同溫度的地?zé)崮軕?yīng)用范圍不同，因此應(yīng)結(jié)合多產(chǎn)業(yè)對(duì)其的不同要求設(shè)計(jì)出合理的梯級(jí)綜合利用流程，以達(dá)到能量利用最大化。