高新民，楊 甫

(1.陜西省煤炭學(xué)會，陜西 西安 710001；2.自然資源部煤炭資源勘查與綜合利用重點實驗室，陜西 西安 710021；3.陜西省煤田地質(zhì)集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710021)

0 引言

地?zé)豳Y源是人類發(fā)現(xiàn)的僅次于太陽能的第二大可再生清潔能源，分為水熱型、干熱巖型、異常地層壓力型和巖漿巖型4類。在目前技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下，世界各國重點研究和開發(fā)的是水熱型和干熱巖型地?zé)豳Y源。水熱型地?zé)豳Y源是淺層地?zé)豳Y源；干熱巖型是中深層地?zé)豳Y源，是不含或僅含少量流體的高溫巖體，主要由地殼中的各種變質(zhì)或結(jié)晶巖組成[1]。根據(jù)地殼結(jié)構(gòu)和成因機(jī)理不同劃分為高熱流酸性巖體型、強(qiáng)烈構(gòu)造活動帶型、沉積盆地型和近代火山型4種類型[2]。據(jù)文獻(xiàn)[1]所述，保守估計地殼中埋深3～10 km的干熱巖所含的能量是全球煤炭、石油和天然氣蘊(yùn)藏能量的30倍。

1 國內(nèi)外地?zé)豳Y源開發(fā)利用現(xiàn)狀

1.1 國外地?zé)豳Y源開發(fā)利用現(xiàn)狀

應(yīng)用領(lǐng)域：干熱巖地?zé)崮芘c風(fēng)能、太陽能相比，更加穩(wěn)定，應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛，既可用于發(fā)電，也可用于工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療制藥、民用供熱、制冷、養(yǎng)殖等領(lǐng)域[3]，如圖1所示。

圖1 地?zé)崮芊旨壚昧值聽枅D

利用現(xiàn)狀：1970年美國洛斯阿拉莫斯國家重點實驗室提出具有商業(yè)用途的高溫巖體地?zé)豳Y源的開發(fā)概念和思路，研發(fā)出利用干熱巖地?zé)岚l(fā)電技術(shù)，至今已近50 a，發(fā)達(dá)國家在干熱巖地質(zhì)勘查、資源潛力評價、儲量計算方法，靶區(qū)選定技術(shù)、高溫巖體鉆井技術(shù)、儲層改造技術(shù)、微震、失蹤監(jiān)測技術(shù)及發(fā)電傳熱技術(shù)等方面進(jìn)行了積極探索，取得了重大進(jìn)展。截止目前，美國、英國、法國、瑞士、日本、澳大利亞、冰島等發(fā)達(dá)國家先后建成和在建約有25個試驗性質(zhì)的干熱巖發(fā)電供熱示范工程，累計發(fā)電(裝機(jī))能力12 MW(1.2萬kW)[4-5]，見表1。

表1 部分干熱巖地?zé)豳Y源發(fā)電項目統(tǒng)計

1.2 我國地?zé)衢_發(fā)利用現(xiàn)狀

資源儲量：我國地?zé)豳Y源豐富，地?zé)豳Y源總量約占全球地?zé)豳Y源總量的7.9%，應(yīng)用領(lǐng)域與國外基本沒有差別。中國地質(zhì)調(diào)查局初步測算淺層水熱型地?zé)豳Y源量折合標(biāo)準(zhǔn)煤12 500億t，其中，中低溫(<150 ℃)地?zé)豳Y源量折合標(biāo)準(zhǔn)煤12 300億t，可采量折合標(biāo)準(zhǔn)煤18.5億t/a，發(fā)電潛力150萬kW；埋深3～10 km范圍內(nèi)干熱巖地?zé)豳Y源量折合標(biāo)準(zhǔn)煤860萬億t[6]。

淺層水熱型地?zé)衢_發(fā)利用成果顯著：我國淺層水熱型地?zé)豳Y源的開發(fā)利用起步較早，經(jīng)歷了起步階段(1949—1977)、發(fā)展階段(1978—1999)、走向世界階段(2000—至今)，如圖2所示。從2000年起，地質(zhì)勘查、形成機(jī)理研究、靶區(qū)圈定、井網(wǎng)布局以及技術(shù)裝備研發(fā)到直接利用等位居世界領(lǐng)先水平，取得了4個第一的重大成就，即“中國地?zé)嶂苯永玫哪昀媚芰渴澜绲谝?2000年31 403 MMJ/a)”“中國地?zé)嶂苯永玫脑O(shè)備容量世界第一(2015年17 870 MW)”“中國地源熱泵年利用淺層地?zé)崮芰渴澜绲谝?2015年100 311 MMJ/a)”“中國地?zé)峁┡澜绲谝?2015年33 710 MMJ/a)”[7]。

圖2 中國地?zé)嶂苯永眉暗卦礋岜?0年發(fā)展歷程

干熱巖地?zé)釢摿薮螅褐袊刭|(zhì)調(diào)查局的測算，埋深3～10 km范圍內(nèi)干熱巖地?zé)豳Y源折合標(biāo)煤860萬億t(美國為570萬億t)。我國干熱巖地?zé)豳Y源研發(fā)利用雖然較發(fā)達(dá)國家起步晚近20 a，但借鑒發(fā)達(dá)國家的技術(shù)經(jīng)驗，發(fā)展迅速，在近30 a里突破了干熱巖地?zé)崂玫年P(guān)鍵技術(shù)瓶頸，在開發(fā)潛力評價、資源靶區(qū)定位、大型水力壓裂模擬、壓裂液和化學(xué)激發(fā)劑研制、儲層改造評價系統(tǒng)、地下“熱-水-化-力”(THCM)數(shù)值模擬軟件系統(tǒng)開發(fā)等方面取得重大突破[8]。2018年全國干熱巖地?zé)衢_發(fā)利用示范工程完井12個[9]，見表2。其中，青海共和盆地7個、貴德盆地4個、福建漳州1個。青海共和盆地恰卜恰DR4井孔深3 102 m，孔底溫度180 ℃，實驗成功發(fā)電；DR3井孔深2 927 m，孔底溫度181 ℃，試驗成功為醫(yī)院供熱。2015年5月21日中國地質(zhì)調(diào)查局在福建漳州龍海市東泗鄉(xiāng)清泉林場實施了干熱巖科學(xué)鉆探深井試驗，鉆孔深度4 000 m，孔底溫度109 ℃，目前封孔監(jiān)測。以上試驗示范工程隊促進(jìn)我國研究解決尚未完全掌握的干熱巖鉆井、儲層激發(fā)、流體循環(huán)等關(guān)鍵技術(shù)，為加快我國干熱巖地?zé)衢_發(fā)利用提供了科學(xué)依據(jù)。

表2 我國干熱巖試驗示范井統(tǒng)計

2 陜西省地?zé)衢_發(fā)利用現(xiàn)狀及對策

2.1 陜西省地?zé)衢_發(fā)利用現(xiàn)狀

陜西省地?zé)豳Y源開發(fā)利用特點是兩個滯后，一是陜西省總體開發(fā)利用滯后于全國；二是陜西省干熱巖地?zé)衢_發(fā)利用滯后于淺層水熱型地?zé)衢_發(fā)利用。

淺層水熱型地?zé)衢_發(fā)利用現(xiàn)狀：陜西省淺層水熱型地?zé)嵫邪l(fā)利用始于2005年，至今已有15 a，在淺層水熱型地?zé)嵫邪l(fā)利用作了卓有成效的工作。

依據(jù)地質(zhì)勘查資料劃分了淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用適宜性分區(qū)；地埋管地源熱泵適宜和較適宜區(qū)在陜北和關(guān)中，陜南僅分布在漢中盆地的河谷階地區(qū)；地下水地源熱泵系統(tǒng)適宜和較適宜區(qū)分布在渭河、漢江、丹江等較大的河流漫灘及低階地區(qū)域[10]，見表3。

表3 陜西省淺層地?zé)徇m宜區(qū)及供熱/制冷面積統(tǒng)計

采用體積法和比擬法對關(guān)中水熱型地?zé)豳Y源進(jìn)行了評價，總熱量為323萬兆千卡，折合標(biāo)煤4 610億t，為陜西省探明煤炭資源量的2.7倍，關(guān)中盆地不同構(gòu)造單元淺層水熱型地?zé)豳Y源分布，如圖3所示。可利用熱量193萬兆千卡，折合標(biāo)煤2 758億t，為陜西省探明煤炭資源量的1.61倍，可利用率59.83%，為關(guān)中盆地水熱型地?zé)衢_發(fā)利用提供了科學(xué)依據(jù)。

圖3 關(guān)中盆地不同構(gòu)造單元淺層水熱型地?zé)豳Y源分布

對陜西省十個地級城市規(guī)劃區(qū)和楊凌示范區(qū)淺層水熱型地?zé)衢_發(fā)利用進(jìn)行了規(guī)劃，見表4。規(guī)劃的總熱容量達(dá)到1.50千兆千焦/℃，換熱功率為6 830萬kW，折合標(biāo)準(zhǔn)煤為6 717萬t。以開發(fā)利用效率35%來計算，可以節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤2 343萬t，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益82.01億元，可以減少二氧化碳排放量為5 591.80萬t、粉塵排放量18.75萬t，節(jié)省環(huán)境治理費(fèi)用70.67億元，有力地推動了陜西省淺層水熱型地?zé)衢_發(fā)利用。

表4 關(guān)中水熱型地?zé)豳Y源開發(fā)利用統(tǒng)計

建成了一批水熱型地?zé)衢_發(fā)利用示范工程，見表5。為規(guī)?；_發(fā)利用、井網(wǎng)布局、開發(fā)技術(shù)參數(shù)、技術(shù)設(shè)備及管理優(yōu)化積累了經(jīng)驗。

表5 陜西省淺層水熱型地?zé)衢_發(fā)利用部分示范工程

干熱巖地?zé)豳Y源開發(fā)現(xiàn)狀：陜西省干熱巖地?zé)衢_發(fā)利用相對全國滯后，處在干熱巖賦存地質(zhì)背景研究階段，從磁場特征、重力特征、莫霍面變化特征、構(gòu)造斷裂特征(渭北地區(qū)構(gòu)造單元)、基底結(jié)構(gòu)特征、侵入巖分布特征、地?zé)釄鎏卣骷暗責(zé)豳Y源特征(區(qū)域大地?zé)崃魈卣鳌⒌販靥荻忍卣骷暗販貓鲎兓卣?等研究分析干熱巖儲層分布、儲層蓋層厚度，而地質(zhì)構(gòu)造對大地?zé)崃髯兓?、地溫梯度變化、地溫場變化的影響因素處于起步研究階段。

與全國干熱巖地?zé)衢_發(fā)利用對比，陜西省干熱巖地?zé)衢_發(fā)利用存在的主要問題有3方面。一是未在干熱巖賦存地質(zhì)背景研究分析基礎(chǔ)上，編制全省干熱巖地質(zhì)勘查規(guī)劃，并進(jìn)行地質(zhì)勘查，開發(fā)潛力評價、分布區(qū)域劃分、儲量計算(熱能)、靶區(qū)圈定；二是未進(jìn)行干熱巖地?zé)衢_發(fā)利用技術(shù)裝備研發(fā)及編制干熱巖地?zé)衢_發(fā)利用發(fā)展規(guī)劃；三是無激勵干熱巖地?zé)衢_發(fā)利用政策措施等。

2.2 陜西省開發(fā)利用地?zé)豳Y源的對策

開發(fā)利用地?zé)豳Y源的意義：加快陜西省干熱巖地?zé)豳Y源開發(fā)利用是踐行“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”發(fā)展理念，“節(jié)約優(yōu)先、立足國內(nèi)、綠色低碳、創(chuàng)新驅(qū)動”能源發(fā)展戰(zhàn)略的重大舉措。對保障國家“十三五”(2020年)清潔能源(非化石能源)在能源消費(fèi)總量比重達(dá)到15%，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放量比2005年下降43%～45%，到2030年清潔能源在能源消費(fèi)總量的比重達(dá)到20%，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放量比2005年下降60%～65%的能源戰(zhàn)略目標(biāo)，對促進(jìn)陜西省能源生產(chǎn)消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整、提高清潔能源在能源生產(chǎn)消費(fèi)中的比重，保障陜西省2020年、2030年二氧化碳減排目標(biāo)及實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要的戰(zhàn)略意義。

開發(fā)對策：①加快編制全省干熱巖資源地質(zhì)勘查規(guī)劃，并在開展地質(zhì)勘查基礎(chǔ)上，進(jìn)行干熱巖地?zé)岱植紖^(qū)域劃分、開發(fā)潛力評價、靶區(qū)圈定、儲量計算，為全省干熱巖地?zé)豳Y源開發(fā)利用發(fā)展規(guī)劃提供依據(jù)。②依據(jù)陜西省干熱巖地?zé)豳x存特點，強(qiáng)化開發(fā)利用技術(shù)研究，建立以陜投集團(tuán)陜西省煤田地質(zhì)集團(tuán)公司地?zé)豳Y源工程技術(shù)中心為主，有科研院所參加的陜西省干熱巖地?zé)豳Y源開發(fā)利用技術(shù)研究聯(lián)盟，加快對干熱巖地?zé)衢_發(fā)利用基礎(chǔ)理論研究、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、技術(shù)裝備研制，為加快干熱巖地?zé)豳Y源開發(fā)利用提供技術(shù)裝備支撐。③依據(jù)陜西省干熱巖地質(zhì)構(gòu)造特征、分布規(guī)律、劃分類型及圈定的靶區(qū)，分類建設(shè)干熱巖地?zé)衢_發(fā)利用示范工程，以取得適用陜西省干熱巖賦存特征的開發(fā)技術(shù)參數(shù)、井網(wǎng)布置方式及設(shè)備裝置，為規(guī)?；亻_發(fā)利用提供經(jīng)驗。④全省應(yīng)建立干熱巖地?zé)豳Y源開發(fā)基金，宜從一次能源(化石能源)礦業(yè)權(quán)價款中按一定比例計算，以支持從事干熱巖地?zé)衢_發(fā)研究的科研院所的基礎(chǔ)理論研究、關(guān)鍵技術(shù)裝備攻關(guān)及示范工程建設(shè)；從事干熱巖地?zé)豳Y源開發(fā)利用企業(yè)，宜免交資源稅，免繳所得稅3～5 a，減半繳納增值稅以扶持從事干熱巖地區(qū)開發(fā)利用的企業(yè)加快發(fā)展。

3 結(jié)語

陜西省地?zé)豳Y源豐富，淺層水熱型地?zé)豳Y源得到有效開發(fā)利用，干熱巖地?zé)豳Y源發(fā)展相對滯后。應(yīng)適時成立干熱巖地?zé)豳Y源開發(fā)利用技術(shù)研究聯(lián)盟，通過技術(shù)創(chuàng)新和建設(shè)示范工程，引領(lǐng)陜西省干熱巖地?zé)豳Y源開發(fā)利用，為促進(jìn)陜西省能源生產(chǎn)消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整，實現(xiàn)綠色低碳發(fā)展奠定基礎(chǔ)。