地热能在中国的利用现状和前景

中国虽然是利用地热最早的国家之一，但是过去仍停留在温泉浴疗和少量工农业利用等方面。直到20世纪60年代后期至70年代初，我国才注意把地热能作为一种可供选择的新能源。自20世纪70年代开始，全国各省、自治区、直辖市都进行了地热资源的考察、普查和勘探工作，为地热能的开发与利用奠定了基础。

（一）地热发电方面

在1970年开始的全国性地热热潮中，我国开始探索地热发电站的建设，先后在一些地区建立了一批小规模的地热试验电站（表3-6）。

表3-6　我国地热试验电站一览

自1970年以来，在我国大陆东部利用＜100℃中低温热水在7个地点建立了实验性的地热电站，共9个机组，其中广东丰顺有三个机组。这9个机组中，装机容量最小的为50kW，最大的为300kW，总装机容量为1636kW。大部分小电站的试验都取得了成功，河北怀来后郝窑电站的装机容量虽然只有200kW，但是实际上发出电力达到近300kW，而且排放的热水一点也不结垢，一般是每一吨热水发一度电。这7个低温地热电站中除了广东丰顺3号和湖南宁乡灰汤两个机组因设备老化在几年前停运外，其余5处在20世纪70年代末期就已关闭，关闭的理由是“不经济”。当时人们完全没有认识到地热资源是一种低碳的能源。另外台湾宜兰县清水溪与土场两个地热电站在1995年也因结垢严重而停止运转。

图3-30　羊八井地热电站（南厂）外景

另一方面值得庆贺的是，1977年10月1日，我国第一台MW级地热发电机组——羊八井地热电站1号机组试运转成功。它的发电量最多达到700kW。但在试验初期，因汽轮机震动和井中结垢，机组时开时停，1978年方得解决。1981年11月，羊八井地热电站第一台3MW机组投入试验，总装机容量增至4MWe。同时，羊八井与拉萨间110kV高压输电线路交付使用，更加快了羊八井地热电站建设的速度。到1991年2月，羊八井地热电站共安装1台1MW、8台3MW级机组和110kV升压站，装机容量达到25.18MWe。建成后的羊八井地热电站（图3-30）占拉萨电网的41.1%，冬季供电量占电网的60%以上，从而缓解了拉萨电网供电不足的缺陷，基本满足了拉萨工、农、牧业日益增长的用电和人民生活物质文化需求的用电。羊八井地热电站的建成，国家投资了20629.3万元，与拉萨火电厂每年发电2000×104kW·h而政府须补贴800万元相比，其经济效益和社会效益都是极其显著的。

遗憾的是，羊八井地热电站的发展就此止步。即使20世纪90年代初，羊八井钻成了工作温度达200℃、单井发电潜力12.58MW的ZK4001孔，也未加以利用；再加上1MW试验机组退役，羊八井地热电站的装机容量下降到24.18MW。羊八井地热电站已经超过30年，属于老年电站了，每年的发电量还在1亿kW·h以上，年运行时间超过6000小时。2009年，羊八井地热电站发电1.419亿kW·h，其累计发电量达24.1亿kW·h。

自1992年以来，我国大陆地热发电的装机容量一直裹足不前，目前在24个进行地热发电的国家中排名第18位。是什么原因导致我国的高温地热资源的利用在世界的排名一直处于落后的地位？是缺乏资源还是认识不足？笔者认为主要是认识问题，表现在：

（1）没有认识到地热发电产生的是基本负荷。世界上所有地热发电的国家都认为它所生产的电力为基本负荷，唯有中国例外，把地热发电当成补充的能源，地热电厂只是为调峰而建。在开发二次能源时，我国想到的总是传统的水力发电或火力发电，绝对不会想到地热发电。但是羊八井地热电站运行的实际情况却说明它所生产的是基本负荷。“羊八井地热电厂1992年以来没有扩展，拉萨周围也没有新建别的地热电厂。那是因为西藏建设了羊卓雍湖水电站项目，并于1997年投产发电。羊湖水电站虽然装机容量为105MW，但其年运行只有2000多小时。羊八井地热电厂虽已进入地热发电的‘老年’，但现在一年还运行6000小时以上。地热电厂2006年7月的发电量占全年的6.28%，但12月的发电量占全年的11.73%。这说明了虽然地热装机只占总电网的12%左右，但羊八井的地热电力尤在冬季是拉萨供电的主要支撑。”（多吉等，2007）。从所引用的这段话可以看出：①自治区当时所关注的、寄予希望的是羊卓雍湖水电站。尽管那时羊易地热田的勘探报告已于1991年提交，认为该地热田具有30MW装机的建站条件，远景发电潜力可达50MW。②根据所列资料计算，羊卓雍湖水电站的负荷因子只有0.23；羊八井地热电厂的负荷因子达到0.685，基本是羊湖水电站的3倍。其实羊八井地热电厂年运行6000小时，与国际上一些地热电站相比只能算是中上水平。③在冬季，由于环境温度的降低，地热电站的出力更大，这是其他类型的发电厂，特别是水力发电、太阳能发电所不具备的。在冬季，地热电站实际上是主力电站。

（2）没有认识到地热发电对全球环境影响远低于常规能源发电的影响。常规能源发电所要求的热量来自燃煤和燃油等石化燃料或核燃料，带来的环境问题是排放大量的二氧化碳，使地球产生温室效应，从而导致全球变暖，对人类的生存造成巨大的威胁；同时排放出的二氧化硫、二氧化氮和大量粉尘也会污染环境。可是，利用地热能发电和供暖能实现低碳的能源利用，同时形成地热勘探、钻井、压裂、地面工程、地热发电设备制作、人才培训、科学研究等相关产业链，开发低碳经济的增长点，即形成与之对应的低碳技术体系。表3-7是利用各种能源进行发电所产生的排放物的比较，地热发电的碳排放量比燃煤发电的低一个量级。

表3-7　各种能源发电的排放物比较

（据Bloomfield，k.k.，et al.，2003。）

（3）没有充分认识到地热发电技术的相对特殊性。地热发电的技术基本上雷同于燃煤电站的技术，有别之点主要在于供热，大地代替了火电站的锅炉。而大地这一锅炉的构造要复杂得多。几乎可以说一个热田一个样。在开发之前，我们必须搞清楚该地热田的热储在哪儿，是层状的还是裂隙型的，储量有多大，在哪儿钻探，要钻多深。因此，地热开发的前期需要投入大量资金用于勘探，1986年以后，国家取消了这项勘探投资，风险全部由开发单位承担，而地热开发风险巨大，令人望而却步。在开始发电生产以后，我们还应该考虑成井如何管理，废水如何处理，能否做到零排放，结垢与腐蚀的研究，开发中如何监测等问题，这些问题都是常规发电厂和其他新能源发电厂无须考虑的问题。因而，地热的开发异常麻烦，不如风电、太阳能光伏发电方便。

（4）高温地热资源丰富的西藏，地广人稀，工业薄弱，没有负荷，许多高温地热区远离人口密集的城镇，如果进行开发，可能没有用户，或者输电距离过远，经济上不合算。

上述原因使得我国不重视地热发电事业，以至它几十年来没有发展。不过，近年来随着地球环境的恶化，人类对于节能减排的呼声日渐高涨，我国也开始关注地热能源的开发。最近，我国成立了西藏华电地热开发有限责任公司，准备开发西藏丰富的低碳地热资源，首先是开发青藏铁路沿线的高温地热系统、羊八井深部地热资源以及建立羊易地热电站。2011年1月21日，在台中市清水区，地热发电测试展示说明会隆重召开，台湾结元科技股份有限公司和上海盛合新能源有限公司合作，利用后者从美国引进的以氨—水混合物为工质的卡琳娜（Kalina）动力循环技术，针对台湾宜兰县地热发电的BOT开发计划，目前已完成装机容量分别为3MW和5MW的清水地热电站发电系统的设计。其实这两个公司在2010年11月20日在清水就建成了一个50kW、利用卡琳娜系统的试验电站，并于2010年12月21日并网发电成功。

（二）地热能直接利用方面

我国在地热发电方面差强人意，但地热直接利用在世界上却名列前茅。我国在地热直接利用的装机容量上仅次于美国，但在年利用热量上却拔得头筹。根据韩再生、郑克棪等人（2009）的统计：在全国地热直接利用的方式中，供热采暖占18.0%，医疗洗浴与娱乐健身占65.2%，种植与养殖占9.1%，其他占7.7%。(www.xing528.com)

地热供暖集中在北京、天津、西安、郑州、鞍山等大中城市以及黑龙江大庆，辽宁沈阳，河北霸州、固安、牛驼镇等产油区城镇，开发利用60℃～100℃的中低温地热水和不属于常规地热能的浅层地热能进行采暖。在2000年，采暖面积为1100万m2，2008年连同地源热泵供暖面积已超过3000万m2。表3-8揭示了1990年到2005年的地热供暖情况。

表3-8　地热供暖情况表（据韩再生等，2009）

2008年，我国利用常规地热资源供暖面积为2400万m2，至2009年末达到3020万m2，其中近半数在天津。天津市2004年地热供暖为920万m2，2007年达1200万m2，2008年达到了1300万m2。目前天津市有100万人口居住在地热供暖的房屋中，有400万人口享受地热生活用水。图3-31是天津东丽湖度假旅游区内供热站。该区共钻了8口井，其中4口开采井，4口回灌井，供暖面积为145万m2。

地热源泵的利用在我国主要是在2004年以后，年增长率超过30%。开始利用地热源泵的城市是北京，2006年就达369项，总面积738万m2。后来居上的是辽宁省沈阳市，2007年使用地热源泵供暖的面积为1848万m2，到2008年增至3585万m2，占沈阳全市建筑物供暖面积的18%，设备能力达到1790MWt。图3-32是天津工业大学新校区利用地热源泵进行采暖和制冷的泵房，一期工程供暖18万m2。

图3-31　天津东丽湖度假旅游区内传统的地热供热站

图3-32　天津工业大学地热源泵泵房

2008年，全国地热源泵总利用面积为6200万m2，2009年达到10070万m2，总装机容量约为5210MWt，年利用热量为29035TJ/a。2008年北京奥运会期间，我国政府为兑现“绿色奥运”的承诺，在许多场馆采用了地热源泵装置。浅层地热能（地热源泵）的利用很明显具有三大优点：一是比其他常规供暖技术可以节能50%～60%；二是不但替代和节省了传统的燃料能源，而且减少了污染，净化了空气，明显改善了环境；三是运行费用可降低30%～70%（中国地热源泵网，2011）。

地热流体具有医疗保健作用，温泉或人工地热井是洗浴和医疗度假胜地，因为它具有较高的温度，含有特殊的化学成分与气体，很可能有少量生物活性离子及放射性物质，对人体各系统器官功能调节有明显的医疗和保健作用。利用地热可以水疗、气疗和泥疗。全国用于医疗保健的地热田已有126处，其上建立了“温泉度假村”或“医疗康复中心”。它们集医疗、洗浴、保健、娱乐、旅游度假于一体。全国已建的温泉疗养院有200余处，突出医疗利用的温泉浴疗点有430处。全国现有公共温泉浴池和温泉游泳池1600处。用于洗浴的地热水量1.38亿m3/a，利用的地热能716.45MWt，相当于每年节约或减少77.1万吨标准煤，有4亿人次用地热水洗浴（韩再生等，2009）。

有些温泉治病的神效扬名海内外。如云南省腾冲县（现为腾冲市）热海地热田的黄瓜箐，它所采用的蒸汽疗法，在国内是独一无二的。该地建有治病的蒸床，床底位于蒸汽地面上，上铺石块、砾石、细砂，再上铺以3～5cm厚的松针，最上部覆以草席，患者先上蒸床，卧于草席上，身盖毛毯。94℃的天然蒸汽通过砂层后，温度已降到45℃～50℃，并均匀地作用于患者的身体各部分，每次蒸疗持续40分钟，然后进入蒸床旁的澡池。这种蒸疗对风湿性关节炎和风湿性腰痛有特殊的疗效。据疗养所统计，在1965—1973年的1300份病例中，有733个属于风湿病，占56%；余下的567例分属另外21种病。在这733个风湿病人中，治疗无效的仅47例，占6%；有效人数686人，占94%。其中痊愈的有354例，占48%。因此群众称赞黄瓜箐：“来时骑马、轿抬、拐棍带；走时稳步、挺胸、两腿迈。”黄瓜箐蒸汽疗法之所以能收到如此疗效，是因为它的热、汽、气和硫黄，还有含量高达1027.7艾曼的氡射气。

利用低温地热水进行水产养殖已遍及20多个省、自治区、直辖市的47个地热田。我国现建有低温地热水养殖场300处，鱼池面积约445万m2，耗水量约占地热水总量的5.7%左右。普通的家养鱼一亩水面第一年产成鱼100kg，但喜温性的罗非鱼等鱼种一亩水面一年可产成鱼10000kg，而且鱼苗可以越冬和繁殖。

图3-33　西藏羊八井地热田的地热温室

地热温室和地热水灌溉以及农产品干燥是地热直接利用的一方面。目前我国有地热温室和大棚133万m2，所利用的地热能折合标准煤21.5万t/a，占地热资源2年开采总量的3.4%。天津建成了单体2万～3万m2的玻璃地热温室，兼有温度、湿度的自动调控，达到世界先进水平。图3-33是羊八井地热田的地热温室，它充分利用地热发电后的80℃到尾水作为温室的热源。地热水的工业利用在我国规模较小，目前主要用于轻纺工业，如纺织印染、洗涤、制革、造纸与木材加工等。例如京津地区的地下热水矿化度低、硬度低，可以不经过软化处理就能直接用于工业，既省煤，又节水，且产品质地优良。又如天津针织厂用热水染布，每年节约染料费3万～5万元，加上节省煤和水处理费，每年节约20万元。部分地热水还可以提取工业原料，如芒硝、自然硫。华北油田利用封存的油井深部的奥陶系进行地热水伴热输油，完全替代了锅炉热水伴热输油，取得了明显的经济、社会效益。

在2010年世界地热大会的报告中，我国地热资源直接利用方面统计如下（表3-9）。

表3-9　中国地热资源直接利用概况

从表中不难看出，我国地热资源的直接利用，从传统地热资源（＞25℃）来考虑，主要是洗浴疗养加上区域采暖，它们的份额占到35%。地热源泵的利用，使浅层地热资源（＜25℃）的热量利用占到第一位，在总直接利用热量中占58.5%，如果加上传统的区域采暖，它们所用的热量占73%。地热源泵的加入显然大大地增加了地热资源利用的份额。