地热开发利用技术现状与展望

地热能开发利用技术的现状与展望

图片仅为示意，可根据实际使用进行替换尺寸：16.9*6.4cm中石化绿源地热能开发有限公司SGEGEOTHERMALCO.,LTD孙彩霞

(Susan)

Email:susan@Contents目录一、背景二、开发现状三、前景展望2024/3/203碳中和（CarbonNeutrality）2019年的全球的碳排放总量，大约是510亿吨！如何实现从510亿到0排放的目标：尽可能实现所有工艺的电气化；电力尽可能实现脱碳电力；利用碳捕获装置，吸收剩余的排放；更有效的使用化工技术和新材料；种植养殖业引入新的农作物品种；

供热制冷实现电气化、发展清洁能源和更高效利用能源的解决方案……

以上所有的措施，都需要新技术的投入。源于人类活动的温室气体排放量占比生产和制造（水泥、钢、塑料）31%电力生产与存储（电力）27%种植和养殖（植物、动物）19%交通运输（飞机、卡车、货船）16%供热制冷（供热、冷却、制冷）7%2024/3/204碳中和（CarbonNeutrality）2020年9月，中国政府在第七十五届联合国大会上宣布：中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施。二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取于2060年前实现碳中和；2020年12月，习近平总书记在气候雄心峰会上的讲话时进一步宣布：到2030年，非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右。目前，全国化石能源占能源消耗的84%，非化石能源仅为16%。

我国在2060年实现碳中和预计需要136万亿元人民币投资，碳市场的规模预计3000亿元，前景一片广阔蓝海！非碳基的可再生能源是“碳中和”的必然选择。地热能、太阳能、风能、核能、氢能等清洁能源是人类发展的未来能源！2024/3/205地热能源-未来能源地热如何成为“Gamechanger”

本土、清洁、稳定、可再生、可持续“热、矿、水”三位一体的能源开发利用推广模式成熟

地热利用的领域广泛地热发电区域供热制冷浅层地热能（地源热泵）农业、渔业及工业等方面的直接利用未来能源利用系统中的核心作用在建筑供热系统中可作为最理想的基础热源EGS项目探索成功会带来更广阔的发展“健康的城市是会呼吸的城市”威廉·麦克唐纳《从摇篮到摇篮》2024/3/206浴疗0°150°100°50°200°250°HOUSEHOLDHOUSEHOLD闪蒸发电或者干蒸汽系统盐业温室种植烘干制冷以及制冰水产养殖造纸区域供热木材干燥食品加工区域供冷300°发电食品工业康养浴疗供热制冷MWth发电

MWe地源热泵供冷地源热泵供热地热利用领域广泛双工质/ORC技术探索创新Contents目录一、背景二、开发现状三、前景展望2024/3/208地热发电装机容量世界分布（2015）2024/3/209

我国20世纪70年代，先后在广东丰顺、河北怀来、等地区建设了中低温地热发电站，在西藏羊八井建设了24MW中高温地热发电站。近两年在西藏、云南新建了几座，我国地热发电总装机容量从27.88MW增加至49.1MW。

十三五规划目标是新增500kW，十四五呢…中国地热发电的现状中国地热发电装机容量发展情况2024/3/2010世界地热直接利用（1995-2015）2024/3/2011中国地热供暖的潜力

我国地处地中海-喜马拉雅地震带和环太平洋地震带上，地热资源丰富，分布广泛，遍布全国。地热能资源分布具有明显的规律性和地带性，西南地区和东部拥有高温地热资源，主要分布在藏南、滇西、川西和台湾省；其余地区分布着中低温地热资源，集中于松辽平原、黄淮海平原、江汉平原、山东半岛和东南沿海地区等，资源蕴藏丰富，总量约占世界资源总量的1/6。2024/3/2012中国地热供暖的现状地热十三五规划（2017-2021）地热供暖面积将达到：16亿平方米；计划总投资约3000亿人民币；计划减排CO217亿吨。自2000年起，全国集中供热面积快速增长：

2000年：11亿平米

2010年：

44亿平米

2019年：

110亿平米

2010年是2000年的4倍；2019是2000年的10倍。

目前，全国已实现地热供暖面积14亿平方米，其中浅层地热能达到8亿多平方米，中深层地热供暖仅为5亿多平方米，尚未完成十三五规划目标，同时仅占全国集中供热总面积的1/10，发展前景广阔。2024/3/2013中国地热供暖的现状水热型地热能利用是中国地热产业主力军。我国开发利用水热型地热供暖已有上千年的历史。1990年全国水热型地热能供暖建筑面积仅为190万平方米，近10年来，我国水热型地热能直接利用以年均10％的速度增长，已连续多年位居世界首位，总面积超过5亿平方米。

地源热泵最早起源于1914年的瑞士，我国起步较晚，2000年利用浅层地热能供暖（制冷）建筑面积仅为10万平方米，伴随绿色奥运、节能减排和应对气候变化行动，进入快速发展阶段，近年来，发展迅速，并呈现规模化、大型化的特点，建成了北京国奥村、上海世博轴、北京城市副中心等一系列示范项目，总面积超8亿平米，提升了社会各界对于浅层地热能的积极认知！2024/3/2014地热供暖规模最大的企业中石化绿源地热能开发有限公司(SGE)于2006年成立于陕西咸阳，目前总部位于雄安新区；中国石化新星石油公司控股53.8%，冰岛极地绿色能源公司持股46.2%；注册资本8.49亿元人民币；主要业务为地热+清洁能源投资开发，碳减排及合同能源管理；目前世界最大的地热供暖企业。两国总理见证下中冰双方签订进一步扩大合作的谅解备忘录雷克雅未克，2012

公司地热开发业务起步于陕西咸阳，现已扩展至津、冀、陕、晋、鲁、苏、浙等省（市），与国内40余个市（县、区）签订了战略合作协议，建成供暖能力5000万平方米，拥有地热井781口，换热站647座，敷设管网近1000公里。

创建了雄县、容城、献县、博野、武功、故城、商河、太原经开区等多座城市供热“无烟城”，CO2减排量超500万吨，累计1百余万居民受益于地热能源提供的清洁供热。中冰合资合作概况2024/3/2016地热代煤城市典范-“无烟城”雷克雅未克冰岛容城河北雄县河北武功陕西咸阳陕西商河山东辛集河北霸州河北2024/3/2017核心技术体系地热回灌地热钻井智能监控梯级利用地热+多种能源集成地热勘探热储评价技术

中石化绿源充分发挥中冰双方股东优势，形成具有绿源特色的核心技术体系：2024/3/2018“取热不取水”的开发模式：“间接换热、梯级利用、采灌均衡”，可实现系统COP值20左右，是井下换热+热泵技术无法比拟的！通过与太阳能、生物质能、天然气等其他能源的复合，形成“地热+”模式，结合能源动态调节技术进行系统集成，可进一步降低投资成本，提高能源利用效率。地热能供暖关键技术80度的地热井，回灌温度15度，可实现供热20万平方米，若增加20%的天然气调峰，可供25万平方米。2024/3/2019水热型与井下换热的综合对比井下热传导的换热机理，实际上相当于加长版地源热泵系统。采灌均衡，地面换热，水作为热载体回灌到原始地层。换热形式对比换热温差12℃，水量30m3/h，完全通过热泵提升最大可提供500kW热量，仅供1.25万平方米。以井深2000m地热井，出水温度70℃，100m3/h为例，采灌技术能提供6400kW,供暖面积达16万平方米。供热能效对比相同供暖面积，井下换热技术需钻凿约13口地热井。占地面积大，影响未来地下空间整体布局（地下建筑、地铁、防空洞等）。占地面积对比以16×104m2供暖面积为例，水热型采灌技术模式仅需钻凿地热井2口。每个井房仅约15平方米。钻井和热泵的初投资和运行成本高，若没有政府巨额补贴，项目基本难以维继。经济性对比投资和运行费用相对较低，总投资约2000万元，12年左右收回成本，无需额外政府补贴资金。2024/3/2020地热尾水回灌技术地热能利用关键技术生产井回灌井站内加压泵（备用）精密过滤器初效过滤器储水排气罐成井结构工艺优化系统密闭防堵技术水处理系统设计采灌结合平衡技术储层堵塞机理研究地热回灌是实现地热热储循环利用，保持热储压力的有效措施，更是保证地热开发“取热不取水”资源的可持续利用的必要条件。灰岩热储地层条件较好，可完全实现同层回灌，砂岩回灌虽是世界性难题，国内砂岩热储回灌已取得重大突破，回灌率逐步攀升。2024/3/2021

公司近年来通过生产运行中的实践摸索，取得60余项开发利用专利，其中砂岩回灌相关的专利共20项（发明专利5项，实用新型15项），并且制定了砂岩回灌的企业技术标准，同时参与了国家及行业的地热回灌标准的编制，推出了自主知识产权的地热回灌系列专业装备。地热能利用关键技术成套地热回灌设备2024/3/2022雄县模式雄县雄安新区其中一县，位于河北省；中石化绿源公司自2009年进驻，逐步替代燃煤和原有直采直排系统，实现城区95%地热集中供热；中国首座“无烟城”2014年被国家能源局正式认定为中国首座地热供暖替代燃煤的“无烟城”，并在全国推广复制。国家级的示范项目-雄县模式

核心：实现了区域化水热型地热能开发的三统一，即“统一规划、统一开发、统一管理”；内涵：“政企合作，市场运行，统一开发，技术先进，环境友好，百姓受益”“雄县模式”升级“雄安模式”地热为基础能源的多种清洁能源的集成应用

更高效开发利用雄安新区热储的第二空间（发电潜力）雄县模式2024/3/2023雄县城区地热开采区块监测井水位埋深(2011-2021)年动态曲线图雄县城区地热开采区块某井2017-2021年水温动态变化曲线图雄县模式70.8701102024/3/2024消除对地热能的误解！

通过主要地热开发区地面沉降实际观测数据、地震监测和数据综合分析，认为地面沉降的主要诱因为浅层地下水的开采，与中深层地热开发没有直接关系。为此我们引用陕西、河北及山东的地面沉降的相关资料、新闻报道进行说明。报告及学者结论均表明：开发中深层地热资源不会对地面沉降造成影响。河北省地面沉降与地下水开采的关系，根据中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心研究员沈彦俊结论：同时期地区地下水下降量，有8成以上是由农业灌溉耗水引起。山东省鲁北平原地热开发与深层地下水及地面沉降相关性评价报告结论：中深层地热系统和浅层地下水没有水力联系，地热开发不会影响深层地下水的水位和环境，在采灌均衡，取热不取水的条件下，地热开发不会引发地面沉降。

关中盆地地面沉降与环境影响，根据省地震局相关资料显示：地热开发与地面沉降之间没有直接关系。雄安新区采用“间接换热、梯级利用、采灌均衡“的工艺模式，地热水完全回灌至同一热储层，地热水的开发利用不会对地面沉降产生影响。雄安新区地面沉降区主要集中在雄县北部，容城西北部，而地热开发在城区内与沉降严重区域相去甚远，雄安新区水热型地热水的开采量仅为年地下水超采量的1%。雄安新区现状平水年总需水量共34.88亿吨，整体属缺水状态。缺水直接导致每年超采地下水总量超过5亿吨，地下水超采现象严重。25雄安新区平均沉降速率（王贵玲，2021）消除对地热能的误解！Contents目录一、背景二、开发现状三、前景展望2024/3/2027地热发电前景地热发电优势在于利用时间的最高效：全年实现约8000小时的运行时间。地热发电的上网电价亟待出台；地热发电的成本也会随产业的发展逐步降低；最简单成本最低的发电流程为闪蒸发电（大于150度），对资源条件要求高；中低温的双工质发电循环（ORC）是未来发展的主要模式;地热回灌、防腐阻垢、装备制造等关键技术需持续研究提升。2024/3/2028典型发电工艺优化模型闪蒸+双工质发电（ORC）复合系统2024/3/2029地热热电联产技术ORC发电循环系统地热供暖系统30地热供暖系统的持续优化热源+一次管网+供热站+二次管网+末端设备全系统链的整体技术经济优化！中国典型城市室外温度分布调峰热源地热基础热源地热+热泵梯级利用热负荷分配2024/3/2031地热供暖系统能耗及投资分析系统经济性分析（现金流、成本、EBIT，IRR）地热+热泵+天然气调峰装机、负荷、能耗比例2024/3/2032城市“地热+”供热制冷利用方式供热制冷中深层地热供热浅层地热能供热热泵机组+能源塔制冷冷水机组+冷却塔制冷浅层地热能供制冷再生水源热泵供热再生水源热泵供冷集中热网余热供热中深层地热吸收式供冷2024/3/2033通过远程动态实时监测地热资源开发利用的关键参数，结合热储数值模拟评价打造智慧热田，从而得到地热可采资源量的精准评价；动态实时监控地热站网，实时监测、评价系统各环节能耗，采取气候补偿、热平衡调节、自动控制等技术优化系统运营，提高热效率，降低运行成本，提高系统运行稳定性、安全性，打造