杨立柱 杨立场 余荣光
华北油田电力分公司综合运维大队（地热项目部）河北任丘 062550
摘要：“十三五”期间，国家出台了首份“地热能开发利用规划”，推动了地热能产业的发展。现在，我国拥有世界上规模最大的地热能产业，地热供暖面积超过11.4亿平方米，加上温泉、旅游、康养等的折算，我国已经拥有人均一平方米的地热清洁供暖。科技研发不断转化为现实生产力，使地热产业逐步走上高质量发展的道路。目前，我国正在筹办2023年世界地热大会，国际影响力不断提升，海外地热能市场也在逐步打开。这些都表明，地热能“十三五”规划的目标已基本实现。今年是“十四五”开局之年。我们面对的是国家实现“2030年前碳达峰”"2060年前碳中和”两个新的奋斗目标。我国能源发展由清洁高效进入了降碳节能的新阶段。而作为清洁、零碳能源的地热能，迎来了空前的发展机遇。
关键词：地热能供热技术；现状；展望
引言
地热(GEOTHERMAL)一词来自希腊，由GEO(地球)以及THERMAL(热)两个词组成，直观的表达了地热能就是储存在地球内部的热量。众所周知地球的内部是个大火炉，越往深部温度越高，到达地核处的熔岩温度高达6000℃以上。一般认为地球核心的热量，主要来自地球内部放射性元素衰变而产生的热量，这种能量时时刻刻通过各种方式向地球表面传播并散发到大气中，或喷出地表形成火山，或在地球最薄弱的地区渗出成为温泉，还有许多的热量蛰伏地下等待先进的科技发掘，来为人类服务。
1地热能开发利用优点
1.1采用地热能供暖，更加的节能环保
地源热泵供暖技术可以将较低的能源转换为高效的热量，这非常符合节能环保的发展理念，有助于缓解我国目前能源匮乏的局面，所以，对于该技术的研发应给予高度重视。地源热泵供暖技术的发展主要表现在以下几个方面：①对城市地区的供暖，当前主要采取集中供暖的方式。由于集中供暖主要是通过中小型锅炉实现的，所以实际的供暖中往往面临大量的能源消耗和环境污染，不符合绿色发展理念。而地源热泵供暖技术的应用可以有效解决这些问题，所以未来需要用该技术代替传统的锅炉集中供暖。②我国北方地区，由于冬季气温较低，所以对于供热方式的开发更加关键。在北方地区，通常存在很多干枯的地热井，对此加以利用和开发，将有效降低能源的消耗。③地源热泵供暖技术的应用将朝着节能、环保及高效的方向发展，同时，结合信息化技术，提升信息化和自动化水平，以提高供暖的效率和质量。
1.2采用地热能发电，更加清洁环保
地热资源是清洁的可再生能源,地热发电已有超过百年的发展历史。近年来,由于地热能具有热效率高、稳定性好、用地少、生态效应小等优点，因此，越来越受到各国的重视，世界上地热资源丰富的国家通过各种措施大力发展地热电站。地热能主要来自地壳内部的熔岩和放射性物质衰变,资源十分巨大,是地球上不可多得的一种可再生的清洁能源。与其他可再生能源发电相比,地热能发电的能源利用率高,不受天气和季节气候变化影响,同时发电成本具有竞争性,二氧化碳减排优势明显等特点,因而逐渐被各国政府所认识,针对地热能发电技术的研究热度逐年增加。
2地热能供热技术研究现状
2.1水热型供热技术
水热型供热技术的应用依托水热型地热资源，其推广可行性同地下水源热泵一样取决于当地自然资源禀赋。与地下水源热泵相比，主要区别在于水热型供热技术管井深度(2～3km)远深于地下水源热泵埋管深度(200m以浅)，并且是直接将地下高温地热水抽至地表进行换热后再回灌至储层，其中不涉及使用热泵提升能量品位的过程。水热型地热资源主要集中于我国西北、华北等地，多出现于拥有沉积盆地或板块断裂等地质特征的区域。
最初对水热型地热资源的探索是地热发电技术发展的需要，但在勘察过程中发现部分低温水热型地热资源(60～90℃)恰好与建筑供热所需的温区相契合，因此水热型地热资源在供热领域得到了广泛应用。对于水热型供热技术的相关研究主要集中于水热型地热资源分布和形成机理的勘察和分析，中国科学院地质与地球物理研究所、中国地质科学院水文地质环境地质研究所及西北大学等开展了相关研究工作。
2.2浅层地源热泵技术
浅层地源热泵技术作为全球范围内技术最成熟的地热能供热技术，在我国同样得到广泛应用。关于浅层地源热泵的相关研究可依照其所使用的低温热源进行分类，即针对土壤源、地下水源、地表水源及污水源热泵开展相关研究。
2.3中深层地埋管供热技术
中深层地埋管供热技术最早于20世纪末出现类似概念，但名称尚未统一。我国在2012年前后出现类似报道，初期将该技术归类于干热岩开发利用技术，但干热岩在地质领域有其严格定义，即:内部不存在或仅存在少量流体，温度高于180℃的异常高温岩体。因此中深层地埋管供热技术后逐渐被明确为以中深层地埋管换热器为核心部件的中深层地热能开发利用技术。此外需要注意的是，长安大学官燕玲团队已有关于U型管式中深层地埋管换热器用于建筑供热的研究发表，但目前该技术绝大部分的使用案例和相关研究均围绕同轴套管式换热器开展，为统一起见，本文中所提到的中深层地埋管换热器默认均为同轴套管式。21世纪初起，国外已有部分学者开始研究中深层地埋管换热器耦合地源热泵系统用于建筑供热的可行性，但受限于国外高昂的钻井成本和低人口密度下的较小供热体量，该技术并未获得太多关注。得益于我国较为低廉的钻井成本以及高人口密度所带来的较大供热需求，2012年在我国陕西省首次工程尝试并取得成功后，该技术在短时间内迅速发展。西安交通大学王沣浩团队分析了西安市一处应用中深层地埋管供热技术示范工程的实测数据，使用FLUENT软件进行了管井性能优化。
3地热能供热技术未来展望
北方地区冬季清洁取暖，关系到广大人民群众生活，是重大的民生工程。发展清洁可再生建筑节能技术，推进地热能供热技术发展，从长远看是能源结构转型调整及人类社会可持续发展背景下的题中应有之义。随着我国经济建设稳步发展，城市化不断推进，地热能供热技术的出现和蓬勃发展正可为建筑供热领域注入新活力。目前，在我国地热能供热技术应用面积及工程体量世界领先的基础上，科研工作者及工程技术人员更应针对以浅层地源热泵技术、水热型供热技术为代表的传统地热能供热技术及中深层地埋管供热技术、污水源热泵技术、冰源热泵技术、多能耦合供热技术等新型供热技术开展产学研用一体化研究，对标国际顶尖技术水平，产出高质量原创性科研成果，同时在技术领域上下游设计、施工、运行维护等各个环节不断努力以期取得更大进步，为国家发展、社会进步、人民生活水平提升贡献力量。
结语
总而言之，开发利用地热能是国家发展趋势，合理利用地热能，不仅可以节能减排，保护环境，而且由于地热能可再生、储存含量多，所以可以为国家经济发展提供长期支持。
参考文献
［1］清华大学建筑节能研究中心．中国建筑节能年度发展研究报告(2019)［M］．北京:中国建筑工业出版社，2019．
［2］中国地质调查局．中国地热能发展报告(2018)［R］．北京:中国石化出版社，2018．
［3］国家发改委．可再生能源发展“十三五”规划［R/OL］．(2016-12-19)［2020-10-10］．
［4］国家发改委．地热能开发利用“十三五”规划［R/OL］．(2017-01-23)［2020-10-10］．
［5］我国地热能“十四五”规划研究启动会召开［EB/OL］．(2019-11-19)［2020-9-24］．