地熱能是來自地球內部的熱能,它的能量來源于地球行星的形成以及內核礦物質的放射性衰變 。地熱被定義為可再生能源,因為與地球的熱量相比,任何被人類活動所預計的熱量提取都很小,地球內部的熱含量約為10^31 焦耳,大約是 2010 年全球年能源消耗量的 1000 億倍 。
在全球都追求碳減排的情況下,地熱能算得上是很好的一種化石能源能源替代品,作為一種綠色的能量來源,它不會對我們的環境帶來任何負面影響 。

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地熱發電站
地熱能有著很大的潛力,地球內部的熱能每時每刻都在以44.2TW(太瓦)的速率通過地幔與巖石的傳導流向地表 。而這個數字可以說是十分恐怖,恐怖到什么地步了呢?要知道當前人類社會的能源消耗,光是石油這一項每天就要使用約1億1千萬桶,這還沒算上煤的使用以及水電、核電資源 。而僅地熱所能帶來的能量,就足以承擔我們當前全人類社會所消耗能量的2倍之多 。
可以說,如果能夠將地熱能的利用率提升到50%,那么無需去挖掘使用其他任何能源,即可維持全人類社會的正常運轉 。

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地熱傳導示意
不過很不幸,要想達到這個利用率在當前看來是不太可能的 。因為地熱能的分布非常不平均,地熱的集中釋放區大多分布在在三大地震帶周圍,即歐亞大陸地震帶,環太平洋地震帶,以及海嶺地震帶 。這是由于構造板塊連接處的地質運動頻繁,而這些地質運動為地熱的向上流動提供了快速通道 。在這樣的條件背景之下,只有構造板塊邊緣地區才能被人類開發出地熱能源 。

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火山和地震帶分布
其實,人類對于地熱利用的歷史是悠久的 。至少從舊石器時代開始,溫泉就被人類用來沐浴;而早在先秦時期的《山海經》中,便有了關于溫泉的記載;秦始皇還在驪山修建了驪山溫泉用來治療凍瘡,這個驪山溫泉在后來的唐朝,被改建成為了著名的華清池 。

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華清池
把視野放回到現代,根據數據顯示,我國地熱直接利用量早在2015就超越美國穩占世界第一位了 。在2020年,我國地熱直接利用量為40610MW,遠超第二名美國的20712MW,幾乎是第二名的兩倍之多,但是在這其中也存在顯著的問題,就是我們的能源利用手段較為低級 。地熱直接利用,顧名思義就是直接地利用地熱,不涉及如用來發電這種能源的二次轉換 。這就決定了當地的地熱能只能在當地消化,無法轉移到大范圍外的其他地區去使用 。
目前我國直接利用地熱的形式有以下幾種:
- 地熱供暖:采取60~100攝氏度的熱水為樓宇供暖 。
- 地熱工業:將地下熱水采集使用在工業生產之中 。
- 地熱農業:借用地熱搭建溫室大棚種植蔬菜 。
- 地熱醫療:使用溫泉去療養人體疾病 。
- 地源熱泵:使用地源熱泵實現地下熱水與所需能源的熱交換,2017年底的裝機容量為20000MW 。
- 淺層地熱能:使用淺層地熱能去實現供暖與制冷,2019年底實現8.41億平方米的供配 。
- 水熱型地熱能:使用水熱直接供暖,2018年實現1.65億平方米的供配 。

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地源熱泵原理圖
現在再讓我們來看看世界各地地熱發電裝機容量的數據:
目前有26個國家在將地熱能用作發電 。而在這其中,美國以3714MW的裝機容量排名第一,前五名里依次還有:印度尼西亞、菲律賓、土耳其以及新西蘭,而我國則是以26MW的裝機容量僅排名第19 。當前,我國僅有西藏羊八井、朗久,廣東豐順,湖南灰湯4座高溫地熱電站仍在運行,而美國單一個間歇泉地熱發電站就貢獻了1517MW的裝機容量 。

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美國間歇泉地熱發電站
為什么我國地熱直接利用率排第一,但是地熱發電量卻只排在全球第十九呢?其實我國很早就開始嘗試發展地熱發電,1977年我國西藏羊八井地熱電站就投入使用,但為何至今我國的地熱發電仍沒有大的進展呢?其實并不是我們不想發展,相反,我們始終有對于地熱發電的相關規劃內容 。
至于發展受限的原因,經筆者查閱多種資料,大致可以分為以下幾種原因:
- 受限于技術 。一個是勘探技術,第二個是熱水的防垢除垢、廢水排放與回灌技術還不到位 。但是技術上的問題可以通過大量的實踐去突破 。
- 受限于資源 。我國的地熱資源雖然分布很廣,在西藏、云南、四川、貴州以及東南沿海都有分布,但是地熱質量較低,就連我國規模最大的羊八井地熱電站使用的也僅是103攝氏度的熱水,廣東豐順地熱電站甚至只有90度的熱水資源,這導致發電效率很低 。而國外例如新西蘭的地熱電站,甚至可以實現500攝氏度高溫以及200個大氣壓的條件,將水變為超臨界流體實現高效率發電 。
- 受限于價格政策 。地熱發電也屬于對綠色清潔能源的利用,但是沒有像光伏、風電等發電形式一樣獲得相關政策支持 。如果對于地熱發電有了價格補貼政策,相信市場會自己做出選擇 。
首先,面對我們地熱資源質量不高的現狀,我們選擇了走另外一條新路:干熱巖發電 。
干熱巖是指一種沒有水或蒸汽的熱巖體,主要是各種變質巖或結晶巖類巖體 。干熱巖埋藏于距地下2000~6000m 的深處,溫度為150~650℃ 。而使用干熱巖進行發電,則是通過注入井將低溫水輸入熱儲水庫中, 經過高溫巖體加熱后, 在臨界狀態下以高溫水、汽的形式通過生產井回收發電 。今年6月,河北省實現了干熱巖試驗性發電 。這是我國首次實現干熱巖試驗性發電 。
其次,我國出臺了很多政策:
- 我國多地嚴格管控抽采地熱水,這保障了我國地熱資源長久可持續地發展下去 。
- 將地熱發電納入可再生能源發電補貼項目清單 。
- 國家能源局征集“十四五”能源發展意見建議,將試圖開放能權、碳排放權市場化交易 。
- 健全行業標準規范,助力地熱高質量發展 。

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我國干熱巖分布示意圖
【為什么中國地熱發電比例少 目前中國利用地熱發電狀況】相信在相關技術的突破與政策的引導之下,我們的地熱發電產業必將蓬勃發展起來,與地熱能直接利用并肩,一同為我國在2030達成碳達峰、2060實現碳中和做出巨大的貢獻 。
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