经过近一个多月调试和试运行，最近，华能集团清洁能源技术研究院有限公司德州地热能清洁供暖示范工程正式启动供暖。无独有偶，刚刚过去的1个月里，中国石油先后在雄安新区、唐山、德州等地新投产了6个地热清洁供暖项目，新增供暖面积900多万平方米，为城市用能低碳化提供了新选择。
与风能、太阳能相比，地热曾是可再生能源家族中的“冷门”，然而随着我国双碳目标的提出，近年来地热也逐渐“火”起来。2020年中国地热直接利用装机容量达40.6吉瓦，占全球38%，连续多年居世界首位。其中，地热供暖装机容量7吉瓦，地热热泵装机容量26.5吉瓦。
“地热能稳定可靠，不受天气、季节、气候和昼夜变化等影响，是唯一可以直接用作电-热-冷基础负荷的可再生清洁能源，而且地热资源储量巨大、分布广泛。”中国科学院广州能源研究所（下称广州能源所）先进能源系统研究室主任蒋方明对中国知识产权报记者表示，在中国能源转型的征程中，地热能的开发利用显现出独特优势和巨大潜力。
地热供暖温暖千家万户
为落实双碳目标，今年10月，国务院印发的《2030年前碳达峰行动方案》提出，探索深化地热能以及波浪能、潮流能、温差能等海洋新能源开发利用。今年9月，国家发展改革委等八部委联合发布《关于促进地热能开发利用的若干意见》（下称《意见》）提出，到2025年，各地基本建立起完善规范的地热能开发利用管理流程，全国地热能开发利用信息统计和监测体系基本完善；提出地热能供暖（制冷）面积比2020年增加50%。
位于山东省德州市陵城区的地热能供暖项目，是华能集团首个自主设计建设的地热能供暖工程。该工程于2021年6月启动了地热井钻探，出水温度为53℃，供暖面积达到7.1万平方米。据估算，该项目运行每年可节约标准煤1536吨，减排二氧化碳3829吨。
“得益于多项重大技术突破，该项目的供热站房采用自动化运行和模块化设计，为华能集团探索清洁低碳供热提供了新途径。”华能集团知识产权中心副主任王晓龙对记者表示，近年来华能集团清洁能源技术研究院有限公司在地热能等新能源领域进行技术攻关，仅在地热能方面就提交了“一种压裂回灌一体化地热采灌系统及方法”“一种地热能等多能源综合利用系统及方法”“一种水压式地热采灌模拟装置及方法”等多件发明专利申请。
数据显示，我国水热型地热资源年可采量约为19亿吨标准煤，相当于2020年全年能源消耗总量的40%；我国大陆地下3千米至10千米范围内干热岩资源折合856万亿吨标准煤，即使可采量仅为2%，也可以满足我国约3500年的用能需求。然而，很长时间以来我国的地热开发受限于“取水用热”的直接利用模式，仍以浅层低品位地热资源开发为主，对中深层高品位地热资源的开发严重滞后，而中深层地热资源占地热资源总储量的90%以上。
为破解地热能利用的技术难题，包括广州能源所在内的科研院所和企业进行了技术攻关。2017年，广州能源所蒋方明团队独辟蹊径，创新性提出了中深层地热超长重力热管取热技术，并取得了阶段性成果。“热管取热系统相当于在地下建设了一个‘超级锅炉’，锅炉的‘燃料’即地热储池中的热能，锅炉产生的蒸气通过热管管体自发地流向地面，蒸气凝结所释放的热能用于发电、供暖（制冷）等。该系统在国内外提交了近10件专利申请，其中获得授权的中国专利3件、国外专利1件。”蒋方明表示，目前，团队已运用相关知识产权，联合河北省煤田地质局在河北省唐山市乐亭县马头营镇一口干热岩地热深井内完成3000米长的热管安装和取热实验，地面获得了温度最高达90℃的饱和水蒸气，在全球范围内首次实现了干热岩热能的超长重力热管开采。
地热发电点亮万家灯火
随着为推动双碳目标实现的政策不断落地，地热发电也成为社会关注的热点。
“与我国地热供暖（制冷）长期处于世界首位不同，我国地热发电经过上世纪70、80年代的建设热潮后，便长期停滞不前。”广州能源所地热能研究室主任龚宇烈介绍，近年来，随着国家相关政策发布，我国地热发电在长期停滞后逐渐苏醒。2018年10月，羊易地热电厂计划的32兆瓦发电工程一期建设1台16兆瓦奥玛特ORC地热发电机组实现并网发电，这是我国地热发电史上继广东丰顺地热电站和西藏羊八井地热电站建成之后又一具有里程碑意义的事件。
《意见》提出，到2025年，在资源条件好的地区建设一批地热能发电示范项目，全国地热能发电装机容量比2020年翻一番；到2035年，地热能供暖（制冷）面积及地热能发电装机容量力争比2025年翻一番。
自2003年至今，龚宇烈围绕地热能利用技术、热泵制冷技术以及建筑节能技术进行研究开发，2014年研发出国内首套低温热源热泵蒸汽机组，制取蒸汽温度高达120℃，实现高温热泵技术的新突破龚宇烈将20多件专利运用在相关领域，首次在南方地区建成地热资源综合梯级利用示范系统，实现地热资源利用率由25%提升至80%，被国内同行称为“丰顺模式”。
中国地质调查局调查结果显示，我国336个地级以上城市规划区范围内浅层地热能年可采资源量折合7亿吨标准煤，水热型地热能年可采资源量折合18.65亿吨标准煤。尽管我国拥有丰富的地热资源，但地热发电仍然面临一些技术问题，例如高温地热勘探和钻井技术亟需突破、地热水腐蚀结垢问题有待解决、中低温地热发电技术与装备缺乏、增强型地热系统（EGS）技术基础研究不足等。
有鉴于此，“在技术研发上，我们重点突破地热发电系统新型动力循环、超高温热泵技术以及可消纳不稳定能源的储能式地热供暖梯级利用技术等。”龚宇烈表示，研发团队目前正在面向中高温地热资源开展新型地热发电技术研究，未来5年的目标是完成国际首套兆瓦级发电设备研发和示范工程建设。同时，面向粤港澳大湾区能源转型，进一步优化中低温地热发电及冷热联供成套设备及工艺技术，将“丰顺模式”复制推广应用。预计相关项目实施后，将形成区域分布式能源供应，提供1兆瓦电力输出和满足2万平方米的建筑冷热需求，每年节约标准煤3200吨以上，每年减少二氧化碳排放7900吨以上。
中国工程院院士、中国石化集团有限公司总经理马永生表示，我国正在积极研究促进地热能开发利用的具体措施，加快营造有利于地热能开发利用的政策环境，我国地热发展将迎来一个黄金时期，全球地热合作也将迎来新的重要机遇。
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