地热利用 潜力巨大

巴黎奥运会期间，奥运村采用了地源热泵系统降温，该系统使用的主要是地热能。不久前，国际能源署发布的一篇报告建议，国际社会采取更多措施推广使用热泵系统，更好利用地热能。

地热能是指赋存于地球内部岩土体、流体和岩浆体中，可为人类开发和利用的热能。常提到的温泉、火山喷发等现象，都是地热能巨大资源量的直观展现。仅地表以下10千米以内的地热资源量，就大约相当于1亿亿吨标准煤;若能够利用其中的2‰，按目前世界年消耗210亿吨标准煤计算，理论上便可以满足人类近千年的能源需求。

地热能不仅储量丰富，还具有一系列重要的特征：稳定、低碳和可再生。稳定是指地热能可以一天24小时持续输出基本稳定的能量，不受天气、昼夜、季节影响;低碳是指地热能的开发利用过程中很少排放二氧化碳，是典型的非碳基能源;可再生则是指地球正处于青壮年期，地热能可从地球深部源源不断地向浅部传输。

目前，人类可触及的地壳深度大多不超过10千米。因此，评估地热能资源量通常限定在10千米之内，并根据能源品位、开采技术和利用形式等综合划分为浅层、中深层和深层地热能。

浅层地热能，深度范围一般为200米以内，温度大多不高，但一年四季相对恒定，低于夏季平均气温、高于冬季平均气温，因此可以作为一个稳定的冷/热源。巴黎奥运会的地热能系统从附近地下约70米深的井中抽取地下水，采用热泵冷却至4摄氏度，再输送到奥运村公寓地板下的管道中，以此来降低室内温度。

中深层地热能，一般介于200—3000米之间，多由地下水作为传热载体，可通过抽取热水或水汽混合物提取热量，用来发电、供暖、制冷、洗浴、烘干、养殖等。地热发电是水热型地热能利用的重要方式。比如，可以利用地热能流体的热量产生蒸汽以驱动蒸汽轮机，从而将热能转化为机械能并驱动发电机产生电能。地热发电利用效率高，每年可工作超过8000小时，连续稳定输出电能。

深层地热能，通常超过3000米，热能品位高，但往往含水量很低或不含水，需要通过人工造储的方式，形成增强型地热系统加以开发利用。深层地热能拥有巨大的资源潜力，被誉为“地热能的未来”。目前，该项技术运用和推广尚处于开发探索阶段。2017年以来，中国地质调查局和青海省自然资源厅等在青海共和盆地组织开展地热(含干热岩资源)勘探试采，取得一系列突破性成果，并于2021年实现试验性发电并网。今年4月，中国石化部署在海南的福深热1井顺利完钻，井深达5200米，深层地热能开发利用工作迈上了新的台阶。

过去几十年，地热能虽被大量开发利用，但与其巨大的储量相比，可谓九牛一毛。根据2023年世界地热大会发布的数据，全球有32个国家实施了地热发电，总装机在16吉瓦左右;有88个国家运用地热开展除发电以外的直接利用，总装机约173吉瓦;中国利用地热进行供热制冷的装机量超过全球总量的一半。国际地热协会提出了到2030年实现全球地热发电总装机48吉瓦、直接利用总装机520吉瓦的发展目标。

当前，地热能的开发利用涌现了众多新概念、新技术、新模式，如地球充电宝、地球电池、地球储能系统等。其原理是将夏季的余热、余电等经济性强却无法被及时利用的能量，以水或二氧化碳等工质为载体回灌至地球内部，以地热能的形式实现规模化的长时跨季节储能。目前，欧盟、美国国家科学基金会均支持了多个地下储热项目。我国也由中国科学院牵头，在雄安新区开展了高温含水层储热实验，取得了良好进展。

地热能，取之于地球，又还地球以清洁。随着新技术、新模式的不断开发运用，地热利用将为全球能源结构转型提供持续动力。

(作者为中国科学院地质与地球物理研究所研究员)