清潔能源中的這匹“黑馬”
——談?wù)劦責(zé)岬膬?yōu)點,、開發(fā)及其在服務(wù)低碳綠色發(fā)展中的作用
全球變暖已成為關(guān)乎人類生存的重大環(huán)境問題，而二氧化碳的大量排放（即碳排放）是引發(fā)全球變暖的元兇之一,。究其根本,，煤炭、石油,、天然氣等化石能源的使用是造成二氧化碳大量排放的主要原因,。2019年，全球二氧化碳總排放量高達(dá)401億噸,，其中86%來自化石能源利用,。減少化石能源使用比例，降低二氧化碳排放量,、實現(xiàn)低碳綠色發(fā)展,，已成為全球各國共同的奮斗目標(biāo)，關(guān)系到全人類的共同命運,。
實現(xiàn)二氧化碳減排的關(guān)鍵是加強太陽能,、水能、風(fēng)能,、地?zé)?、核能、氫能等清潔能源開發(fā),、替代化石能源使用比例,。在眾多清潔能源家族中，地?zé)岜患挠韬裢?021年3月12日發(fā)布的《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》（簡稱十四五規(guī)劃綱要）明確提出,，“推進(jìn)能源革命,，建設(shè)清潔低碳、安全高效的能源體系,，提高能源供給保障能力……因地制宜開發(fā)利用地?zé)崮堋薄?/p>
為了落實十四五規(guī)劃綱要,，2021年4月國家能源局發(fā)布的《關(guān)于促進(jìn)地?zé)崮荛_發(fā)利用的若干意見》指出，計劃到2025年全國地?zé)崮芄┡ㄖ评洌┟娣e比2020年增加50%,，在資源條件好的地區(qū)建設(shè)一批地?zé)崮馨l(fā)電示范項目,，到2035年地?zé)崮芄┡ㄖ评洌┟娣e比2025年翻一番。2021年5月,，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等15部委聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于加強縣城綠色低碳建設(shè)的意見》,，要求各地大力發(fā)展適應(yīng)當(dāng)?shù)刭Y源稟賦和需求的可再生能源，因地制宜開發(fā)利用地?zé)崮堋⑸镔|(zhì)能,、空氣源和水源熱泵等,，推動區(qū)域清潔供暖和北方縣城清潔取暖。標(biāo)志著地?zé)衢_發(fā)由以往的大中城市為主向中小城市普及,。
在碳達(dá)峰,、碳中和目標(biāo)下，作為能源新秀的地?zé)?，儼然成為能源領(lǐng)域的一匹黑馬,。那么，什么是地?zé)?、地?zé)嵊心男﹥?yōu)點,、如何開發(fā)地?zé)崮兀?/p>
一、什么是地?zé)?/strong>
地?zé)?，又稱地?zé)豳Y源,、地?zé)崮埽莾Υ嬖诘厍騼?nèi)部,、能夠被人類所利用的熱量,。目前，可利用的地?zé)豳Y源主要包括：天然出露的溫泉,、通過熱泵技術(shù)開采利用的淺層地?zé)崮?、通過人工鉆井直接開采利用的地?zé)崃黧w以及干熱巖體中的熱量,。
地?zé)豳Y源主要包括三種類型：淺層地?zé)崮?、水熱型地?zé)豳Y源和干熱巖。
淺層地?zé)崮苁侵笢囟仍?5攝氏度以下,，蘊藏在200米以淺地表淺層土壤,、巖石、水源中的可再生能源,，通常采用地埋管,、地源熱泵或水源熱泵等技術(shù)開發(fā)，用于供暖或制冷,。我國淺層地?zé)崮荛_發(fā)規(guī)模高于全球首位,。
水熱型地?zé)豳Y源在地?zé)豳Y源家族中最為典型，一般指溫度在25攝氏度以上,，以液態(tài)水和蒸氣為主的地?zé)豳Y源的統(tǒng)稱,，主要表現(xiàn)形式為天然出露的溫泉、氣泉和埋藏在地下200米以深的流體,。天然出露的水熱型資源可直接開發(fā)利用,，埋藏在地下的地?zé)崃黧w可通過人工鉆井的方式進(jìn)行開發(fā)。其中，根據(jù)溫度可以進(jìn)一步分為高溫（大于150攝氏度）,、中溫（90攝氏度~150攝氏度）和低溫（小于90攝氏度）三類,。
干熱巖是新興地?zé)豳Y源，一般溫度大于180攝氏度,，是埋藏在地下數(shù)千米,、不含流體或僅有少量地下流體（致密不透水）的高溫巖體。2017年,，我國科學(xué)家在青海共和盆地3705米深處鉆獲236攝氏度的高溫干熱巖,。
二、地?zé)豳Y源的優(yōu)點
地?zé)豳Y源被寄予厚望得益于其獨有的鮮明優(yōu)勢,。
一是分布廣泛,、資源量大。地球是個巨大的熱庫,，地球內(nèi)部的放射性元素不斷地進(jìn)行著熱核反應(yīng),，具有非常高的溫度，地球中心溫度高達(dá)6000攝氏度,，高溫?zé)崃客高^厚厚的地層,，時時刻刻向太空釋放，地?zé)崮芗s為全球煤熱能的1.7億倍,，是當(dāng)前全球一次能源年度消費總量的200萬倍以上,，可謂取之不盡用之不竭。據(jù)初步評價,，我國336個地級以上城市淺層地?zé)崮苜Y源年可開采量折合標(biāo)準(zhǔn)煤7億噸,，可滿足約300億平方米建筑物供暖需要；估算全國水熱型地?zé)豳Y源年可開采量折合標(biāo)準(zhǔn)煤18.84億噸,，中高溫發(fā)電潛力996萬千瓦,，年發(fā)電量可達(dá)800萬千瓦時；全國干熱巖遠(yuǎn)景資源量折合標(biāo)準(zhǔn)煤856萬億噸,，是未來煤和石油等化石能源枯竭后最具潛力的戰(zhàn)略接替能源,。
二是低碳環(huán)保、安全優(yōu)質(zhì),。地?zé)崾且环N全天候,、可再生、綠色清潔資源,，開發(fā)利用安全穩(wěn)定,，受晝夜更替、季節(jié)交換與氣候變化等因素影響遠(yuǎn)小于其它資源,，可以連續(xù)不間斷工作,，一年工作8000多個小時,，且保持較高的效率。一般而言,，地?zé)崮茉蠢孟禂?shù)在70%以上,，甚至90%以上，約為太陽能,、風(fēng)能,、生物質(zhì)能等能源利用系數(shù)的兩倍。與此同時,，地?zé)衢_發(fā)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于太陽能,、風(fēng)能和煤電等，原因在于地?zé)崮茉撮_發(fā)雖然早期投資高,，但無燃料費用,，運行費用極低。且占地少,，土地使用成本具有明顯優(yōu)勢,，單位裝機容量占地較太陽能、風(fēng)能,、核能等至少低一個數(shù)量級,。更值得一提的是，地?zé)衢_發(fā)環(huán)境友好,，開發(fā)過程中幾乎沒有三廢和危險品排放,，如能實行合理回灌，可基本做到零排放,；二氧化碳減排優(yōu)勢明顯,，熱泵供暖二氧化碳排放僅為傳統(tǒng)鍋爐的一半，高溫地?zé)岚l(fā)電每度電二氧化碳排放量僅為120克,，若開發(fā)所需電力來自綠色能源,，則二氧化碳減排量可達(dá)100%。
三是用途廣泛,，產(chǎn)業(yè)帶動能力強。人類利用天然溫泉已有幾千年的歷史,，但真正規(guī)?；檬加?0世紀(jì)初。1904年,，意大利在拉德瑞羅首次利用地?zé)釋崿F(xiàn)發(fā)電,，標(biāo)志著地?zé)豳Y源利用方式的革命性轉(zhuǎn)變。截至2020年,，全球開發(fā)地?zé)豳Y源的國家已達(dá)到88個,，地?zé)岜粡V泛應(yīng)用到發(fā)電,、供暖、制冷,、洗浴,、溫室種植、水產(chǎn)養(yǎng)殖,、工業(yè)烘干,、農(nóng)業(yè)干燥、融雪冷卻等方面,。美國地?zé)崮馨l(fā)電裝機容量多年位居世界第一,，冰島利用地?zé)峤鉀Q了全國90%的建筑供暖。我國地?zé)崂靡鸦拘纬梢晕鞑匮虬司疄榇淼牡責(zé)岚l(fā)電,、以天津和西安為代表的地?zé)峁┡?、以東南沿海為代表的療養(yǎng)與旅游和以華北平原為代表的種植和養(yǎng)殖的開發(fā)利用格局。截至2020年底,，我國約實現(xiàn)地?zé)崮芄┡娣e14億平方米,。因用途廣泛，地?zé)峋哂休^高的綜合利用價值,，通過梯級利用可以實現(xiàn)發(fā)電,、供暖、洗浴,、療養(yǎng),、養(yǎng)殖多種功能同時實現(xiàn)，可以同時帶動工業(yè),、農(nóng)業(yè),、旅游、醫(yī)療,、服務(wù)業(yè)等多產(chǎn)業(yè)共同發(fā)展,。
三、如何開發(fā)地?zé)?/strong>
典型地?zé)衢_發(fā)流程主要包括理論預(yù)測,、地質(zhì)勘查,、地球物理勘查、地?zé)徙@探,、熱儲試驗,、地?zé)岜O(jiān)測、資源評價,、工程設(shè)計和工程開發(fā)等9個方面,，各個方面層次遞進(jìn)。
（一）理論預(yù)測,。理論預(yù)測是根據(jù)地球科學(xué)理論,，分析判斷地?zé)豳Y源存在的可能性,，進(jìn)而指導(dǎo)地?zé)岬刭|(zhì)勘查工作部署。
（二）地質(zhì)勘查,。地質(zhì)勘查是對理論預(yù)測的一次佐證,。通過對地表出露的溫泉、火山噴發(fā),、噴泉等地?zé)岈F(xiàn)象和地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行調(diào)查,，查明地?zé)岚l(fā)育的地質(zhì)條件，進(jìn)而圈定重點部位,，縮小勘查范圍,。
（三）地球物理勘查。地球物理勘查是對地球的一次聽診,。同醫(yī)學(xué)上類似,，醫(yī)生利用“望、聞,、問,、切”以及現(xiàn)代化的檢測手段探明病人的病灶，地?zé)峥茖W(xué)家利用地表觀測到的現(xiàn)象結(jié)合重磁電震方法等高科技的勘探手段,，查明地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu),，發(fā)現(xiàn)地?zé)豳Y源藏在哪里。
（四）地?zé)徙@探,。地?zé)徙@探是理論預(yù)測,、地?zé)峥辈椤⒌厍蛭锢砜辈榈囊淮吻笞C,。通過深部鉆探技術(shù),，直達(dá)地球深部，查明深部地質(zhì)條件,，驗證地?zé)豳Y源是否存在,，獲得深部地?zé)嵝畔ⅰ?/p>
（五）熱儲試驗。熱儲是指埋藏于地下,、具有有效空隙和滲透性的地層,、巖體或構(gòu)造帶，其中儲存的地?zé)崃黧w可供開發(fā)利用,。熱儲試驗是對地?zé)釛l件的一次全面體檢,。通過開采、回灌,、放噴等方式，輔以測試手段,，全面檢測地?zé)嵯到y(tǒng)溫度,、壓力,、流體開發(fā)潛力和質(zhì)量，獲取熱儲各項參數(shù),，分析地?zé)豳Y源可利用性,。
（六）地?zé)岜O(jiān)測。地?zé)豳Y源可持續(xù)開發(fā)離不開長期監(jiān)測,、監(jiān)管,。通過人工或自動化監(jiān)測手段，掌握熱儲溫度,、壓力,、水化學(xué)特征等在天然或人工干預(yù)情況下的動態(tài)變化規(guī)律，進(jìn)而制定科學(xué)開發(fā)策略,，確保地?zé)豳Y源永續(xù)開發(fā),。
（七）資源評價。資源評價是對地?zé)豳Y源,、流體數(shù)量,、質(zhì)量可利用性的一次科學(xué)評估。綜合分析勘查,、鉆探,、試驗、監(jiān)測數(shù)據(jù),，評價地?zé)豳Y源總量,、可開發(fā)資源量、地?zé)崃黧w質(zhì)量以及地?zé)衢_發(fā)對地質(zhì)環(huán)境的影響,，是整個地?zé)衢_發(fā)流程從勘查階段轉(zhuǎn)入開發(fā)階段的關(guān)鍵節(jié)點,。
（八）工程設(shè)計?？茖W(xué)的工程設(shè)計是地?zé)嵊少Y源轉(zhuǎn)變成能源的一劑良方,。通過工程設(shè)計，制定地?zé)衢_發(fā)方案,，包括開發(fā)方式,、工藝流程、工程布局,、設(shè)備選型,、機電安裝、水電供應(yīng),、保護(hù)工程等,，指導(dǎo)地?zé)豳Y源科學(xué)開發(fā)。
（九）工程開發(fā),。工程開發(fā)讓夢想照進(jìn)現(xiàn)實,，從工程藍(lán)圖變成實際工程,，使地?zé)豳Y源真正被人類所用，并造福人類,。
始于20世紀(jì)初期的地?zé)豳Y源規(guī)?；_發(fā)利用在人類發(fā)展史上創(chuàng)造了一個又一個奇跡。地?zé)岬臉O致利用改變了冰島能源結(jié)構(gòu),，讓冰島從20世紀(jì)初歐洲最落后,、最臟的國家之一發(fā)展成當(dāng)今世界最發(fā)達(dá)、最干凈的國家之一,，讓世界看到了實現(xiàn)可持續(xù),、低碳排放未來的可能性。
十三五期間,，我國京津冀地區(qū)地?zé)衢_發(fā)領(lǐng)跑全國,，2019年北京大興國際機場、北京城市副中心先后成為全球地?zé)衢_發(fā)利用的標(biāo)志性工程,；2020年天津利用水熱型地?zé)豳Y源累計解決了全市3500萬平方米建筑的冬季清潔供暖,，成為中國地?zé)峒泄┡?guī)模最大的城市；2020年河北雄縣利用地?zé)豳Y源解決了縣城95%的建筑清潔供暖,，建成全國第一個無煙城……
當(dāng)前,，我國正邁向建設(shè)現(xiàn)代化國家新征程，新發(fā)展階段,、新發(fā)展理念,、新發(fā)展格局成為新常態(tài)，雙碳目標(biāo)將深刻影響我國能源結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)生活方式,，綠色低碳發(fā)展“未來已來”,。可以預(yù)見,，地?zé)釋⒊蔀槲覈茉锤锩途G色低碳發(fā)展中舉足輕重的重要力量?。ɡ顒贊?王君照 張秋霞 馮昭龍）
（作者單位：中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心）
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