關(guān)鍵詞： 地?zé)豳Y源 地?zé)岚l(fā)電 限制因素 發(fā)展方向

自人類社會進(jìn)入電氣時代以來，大量的化石燃料被用于火力發(fā)電，以提供經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展所需的電力。然而，大量化石能源的消耗引發(fā)了嚴(yán)重的環(huán)境問題，其中以CO2 排放引起的全球變暖問題最為明顯。為此，世界各國已明確將努力實現(xiàn)碳中和，而構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)成為碳減排的主要途徑。

地?zé)豳Y源是來自地球內(nèi)部的天然能源，其儲量巨大、分布廣泛，且用于發(fā)電過程的碳排放系數(shù)遠(yuǎn)小于燃煤、燃?xì)?、燃油等火力發(fā)電過程，是理想的可再生清潔能源。然而，盡管我國地?zé)豳Y源儲量豐富，但其發(fā)電利用發(fā)展緩慢，遠(yuǎn)低于其他地?zé)豳Y源豐富的國家。如我國地?zé)豳Y源稟賦與美國相似，但其發(fā)電裝機(jī)容量不足美國的1.5%。

為此，文章將回顧我國地?zé)豳Y源稟賦及其發(fā)電利用現(xiàn)狀，分析限制地?zé)岚l(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要因素，進(jìn)而討論碳中和目標(biāo)下我國地?zé)岚l(fā)電的發(fā)展方向，以期為我國地?zé)岚l(fā)電的快速發(fā)展提供指導(dǎo)，促使其在我國碳中和進(jìn)程中發(fā)揮應(yīng)有作用。

1 我國地?zé)豳Y源稟賦及其利用現(xiàn)狀

1.1 地?zé)豳Y源分類

地?zé)崮苁莵碜杂诘厍騼?nèi)部高溫熔融態(tài)巖漿和放射性物質(zhì)衰變過程的天然能源[1]，地?zé)豳Y源則是在當(dāng)前的技術(shù)水平和地質(zhì)條件下，可以經(jīng)濟(jì)地從距地表一定深度（lt;10 km）內(nèi)開發(fā)出來的熱水、蒸汽及巖石等攜帶的熱量。如圖1 所示，根據(jù)在地下存儲形式、埋深及溫度范圍不同，可將地?zé)豳Y源分為以下幾個方面。

（1）淺層地?zé)幔簻囟炔桓哂?5 ℃的淺表層低溫地?zé)?，主要直接用于供?制冷等過程。

（2）水熱型地?zé)幔簻囟仍?5～200 ℃范圍內(nèi)的中高溫?zé)崴偷責(zé)豳Y源，可直接利用，也可用于發(fā)電過程。

（3）干熱巖型地?zé)幔壕嗟乇磔^深處、內(nèi)部不含或少含流體的高溫巖體中蘊(yùn)藏的熱量，目前較難開發(fā)利用。

1.2 我國地?zé)豳Y源稟賦及其分布

我國地處亞歐大陸板塊東部、毗鄰印度洋板塊和太平洋板塊，具有豐富的地?zé)豳Y源，約占世界總量的8.0%[2]。據(jù)估計，僅大陸地區(qū)地表10 km 以內(nèi)的地?zé)豳Y源儲量即折合標(biāo)準(zhǔn)煤約860 萬億t[3]。以當(dāng)前技術(shù)水平的可開采量計算，是我國2021 年一次能源消費(fèi)總量的3 500 多倍[4]。然而，目前我國可開發(fā)利用的多為淺層地?zé)岷退疅嵝偷責(zé)?，干熱巖由于開發(fā)難度較高而極少利用。

我國地?zé)豳Y源分布具有明顯的地域性，如西藏、四川、云南等地和福建、廣東沿海地區(qū)地?zé)豳Y源豐富，且多為高溫地?zé)豳Y源[5]。相比之下，我國西北部地區(qū)的地?zé)豳Y源較少。此外，陸地內(nèi)部的盆地和平原也存在大量的中低溫地?zé)豳Y源，如華北平原、淮河平原、汾渭盆地等區(qū)域地?zé)豳Y源開發(fā)利用潛力巨大[6]。具體情況見圖2。

1.3 我國地?zé)豳Y源開發(fā)利用形式

地?zé)豳Y源用途廣泛，既可以直接用于供熱/制冷、種植/養(yǎng)殖、洗浴/療養(yǎng)等，也可以用于發(fā)電。我國很早就開始了地?zé)豳Y源的直接利用，近年來隨著熱泵技術(shù)的發(fā)展，大量淺層地?zé)岷退疅嵝偷責(zé)岜挥糜诮ㄖ岷椭评?，地?zé)嶂苯永醚b機(jī)容量已超過40.6 GW，連續(xù)多年位居世界第一[7]。相比我國地?zé)岚l(fā)電利用起步較晚，且其發(fā)展較為緩慢。據(jù)估計，僅我國西南地區(qū)的高溫地?zé)豳Y源發(fā)電潛力即高達(dá)7 GW[8]，但目前國內(nèi)地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)容量不足60 MW。與占世界地?zé)豳Y源儲量近8.0% 不相符的是，我國地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)容量不足世界總量的0.4%[2]，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于美國、澳大利亞、日本等國家。

2 我國地?zé)豳Y源發(fā)電現(xiàn)狀

2.1 我國地?zé)豳Y源發(fā)電的發(fā)展歷程

我國地?zé)豳Y源的發(fā)電利用已有半個世紀(jì)的歷史。1970 年，廣東豐順湯坑86 kW 地?zé)犭娬镜耐度胧褂檬刮覈蔀槭澜缟系诎藗€成功利用地?zé)徇M(jìn)行發(fā)電的國家[9]。隨后，全國各地陸續(xù)建成多座中低溫小型地?zé)犭娬?，但多?shù)均因經(jīng)濟(jì)效益差而關(guān)停。1977 年，西藏羊八井地?zé)犭娬? MW 高溫地?zé)岚l(fā)電機(jī)組的建成標(biāo)志著我國地?zé)岚l(fā)電進(jìn)入短暫的快速發(fā)展期，隨后多年間西藏地區(qū)建成了多座兆瓦級地?zé)犭娬荆渲袃H羊八井地?zé)犭娬镜难b機(jī)容量就超過24 MW。

然而，此后我國地?zé)岚l(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展陷入停滯，地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)容量長期徘徊在26 MW 左右。除2019 年西藏羊易地?zé)犭娬就哆\(yùn)一臺單機(jī)容量16 MW 的高溫地?zé)釞C(jī)組外，幾乎無其他機(jī)組投運(yùn)并穩(wěn)定運(yùn)行。因此，《地?zé)崮荛_發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》中計劃新增500 MW地?zé)岚l(fā)電機(jī)組的目標(biāo)遠(yuǎn)未完成。

2.2 限制我國地?zé)岚l(fā)電快速發(fā)展的問題

我國地?zé)豳Y源儲量豐富，且地?zé)岚l(fā)電利用的相關(guān)研究已開展半個世紀(jì)，但地?zé)岚l(fā)電產(chǎn)業(yè)仍發(fā)展緩慢。其原因在于我國地?zé)岚l(fā)電的發(fā)展面臨政策、金融、平臺、人才、技術(shù)等諸多方面的問題有待解決。

2.2.1 缺乏政策及金融支持

與風(fēng)電、光電等其他可再生能源發(fā)電相比，地?zé)岚l(fā)電具有投資高、風(fēng)險大、回報周期長等不利特征。然而，一方面我國尚未頒布專門的地?zé)岚l(fā)電相關(guān)的政策法規(guī)，地?zé)岚l(fā)電的重要性未被明確；另一方面，地?zé)岚l(fā)電的并網(wǎng)并未獲得電價補(bǔ)貼，地?zé)岚l(fā)電經(jīng)濟(jì)性較差。因此，相關(guān)企業(yè)的投資熱情與投資信心不足。

2.2.2 資源勘探工作與平臺建設(shè)落后

準(zhǔn)確掌握地?zé)豳Y源位置信息與熱儲規(guī)律，是建造地?zé)犭娬镜那疤?。但我國目前尚未開展全國性的地?zé)豳Y源勘探工作，若這部分勘探工作由地?zé)岚l(fā)電企業(yè)承擔(dān)無疑將加大其投資成本。此外，我國尚無全國性的地?zé)豳Y源開發(fā)利用綜合平臺，無法為地?zé)岚l(fā)電相關(guān)的技術(shù)開發(fā)、路線規(guī)劃等提供指導(dǎo)，導(dǎo)致地?zé)岚l(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢。

2.2.3 自主技術(shù)創(chuàng)新能力不足

地?zé)岚l(fā)電是技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，其具有市場競爭力的內(nèi)生動力源于相關(guān)技術(shù)的自主創(chuàng)新。然而，由于我國多數(shù)高校尚未設(shè)立專門的地?zé)釋W(xué)科，地?zé)醿淙瞬湃狈ΑＭ瑫r，地?zé)峒夹g(shù)研發(fā)需投入大量的人力、物力，但我國對地?zé)峒夹g(shù)的持續(xù)投入較弱，不利于技術(shù)的自主創(chuàng)新突破。

2.2.4 管理監(jiān)督機(jī)制不夠健全

地?zé)岚l(fā)電產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展需要健全的監(jiān)督管理機(jī)制，以制約粗放、無序的地?zé)豳Y源開發(fā)利用。然而，我國地?zé)豳Y源開發(fā)利用過程中存在無專門適用法律、管理權(quán)屬不明、多頭執(zhí)法等問題，導(dǎo)致部分地區(qū)地?zé)豳Y源的開發(fā)利用過程混亂無序。地?zé)豳Y源的大規(guī)模無序開發(fā)不僅導(dǎo)致資源的浪費(fèi)，還將造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。

3 碳中和目標(biāo)下我國地?zé)岚l(fā)電的發(fā)展方向

3.1 近期：水熱型地?zé)岣咝Оl(fā)電利用技術(shù)

我國地?zé)岚l(fā)電的近期發(fā)展目標(biāo)就錨定在中高溫水熱型地?zé)豳Y源的高效發(fā)電利用上。基于我國已有的地?zé)岚l(fā)電經(jīng)驗，水熱型地?zé)豳Y源高效發(fā)電利用可從兩個方面入手。

一方面，可將地?zé)豳Y源與其他可再生清潔能源耦合利用進(jìn)行發(fā)電。例如：太陽能-地?zé)犭娬?、生物質(zhì)能-地?zé)犭娬镜锐詈习l(fā)電系統(tǒng)既可提升地?zé)犭娬镜陌l(fā)電效率及機(jī)組容量，又可多利用其他可再生能源發(fā)電減輕地?zé)岚l(fā)電的負(fù)荷壓力，達(dá)到延長地?zé)犭娬臼褂脡勖哪康摹Ａ硪环矫?，開發(fā)地?zé)豳Y源發(fā)電后的余能梯級利用模式。通常，地?zé)崴l(fā)電后的尾水仍具有較高溫度，其直接回灌將造成資源的浪費(fèi)。因而，可將發(fā)電后的高溫尾水用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與生活過程，提升地?zé)崮芾眯省?/p>

3.2 中期：低溫地?zé)岚l(fā)電利用技術(shù)

從中期角度而言，我國地?zé)岚l(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)應(yīng)放在開發(fā)和完善低溫地?zé)岚l(fā)電技術(shù)上。我國中低溫地?zé)豳Y源極其豐富，但目前多用于利用效率較低的溫泉療養(yǎng)、建筑供暖/制冷等過程，幾乎不用于發(fā)電過程。1971 年建成的江西宜春50 kW 低溫（67 ℃）地?zé)犭娬倦m已關(guān)停，但其證明了我國利用低溫地?zé)徇M(jìn)行發(fā)電的可行性。

近年來，卡琳娜循環(huán)發(fā)電技術(shù)的發(fā)展為我國低溫地?zé)岚l(fā)電提供了新方向。在卡琳娜循環(huán)中，可通過調(diào)整混合工質(zhì)中氨和水的比例來改變其沸點(diǎn)，從而更好地適應(yīng)低溫地?zé)崴姆艧崽匦訹10]，可有效提升循環(huán)發(fā)電效率。為此，我國應(yīng)大力推動卡琳娜循環(huán)發(fā)電技術(shù)研發(fā)，以促進(jìn)低溫地?zé)豳Y源的高效發(fā)電應(yīng)用。

3.3 遠(yuǎn)期：干熱巖發(fā)電利用技術(shù)

長遠(yuǎn)來看，開發(fā)和完善干熱巖發(fā)電技術(shù)是我國地?zé)岚l(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重中之重。我國干熱巖儲量極其豐富，其發(fā)電潛力遠(yuǎn)超水熱型地?zé)豳Y源，且其發(fā)電效率更高。若干熱巖發(fā)電技術(shù)成熟，按發(fā)電實際利用率為風(fēng)能的3～4 倍計算，其發(fā)電的資金成本將接近風(fēng)能，并遠(yuǎn)低于太陽能。

然而，我國干熱巖發(fā)電目前尚處于探索階段，僅少數(shù)試驗性機(jī)組運(yùn)行，尚未有大容量干熱巖發(fā)電機(jī)組運(yùn)行及并網(wǎng)。國外雖然對干熱巖發(fā)電利用進(jìn)行了長期探索，但目前進(jìn)展仍不太理想。鑒于此，我國巨大的干熱巖發(fā)電潛力，應(yīng)加快對布局，重點(diǎn)突破干熱巖電站勘探選址、高溫鉆井、裂縫激發(fā)、儲層建造、微震監(jiān)測、高效換熱等技術(shù)。同時，著力解決干熱巖發(fā)電項目投資高、風(fēng)險大、回報周期長等問題。

4 結(jié)語

我國地?zé)豳Y源儲量豐富、發(fā)電利用潛力大，在未來以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)中，地?zé)岚l(fā)電理應(yīng)發(fā)揮重要作用。然而，我國地?zé)岚l(fā)電實際裝機(jī)容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其他國家。為促進(jìn)我國地?zé)岚l(fā)電產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，政府、高校/科研院所、企業(yè)用戶等需協(xié)同發(fā)力，共同促進(jìn)資源、技術(shù)和市場的完美結(jié)合。隨著水熱型地?zé)岣咝Оl(fā)電技術(shù)、低溫地?zé)岚l(fā)電技術(shù)和干熱巖發(fā)電技術(shù)的完善，地?zé)岚l(fā)電一定會在我國雙碳進(jìn)程中發(fā)揮重要作用。