地熱能作為五大非碳基能源之一，是國家碳中和路線圖的重要構成。2021年4月，國家能源局發布《關于促進地熱能開發利用的若干意見》提出：到2025年，各地基本建立起完善規范的地熱能開發利用管理流程，地熱能供暖（制冷）面積比2020年增加50%，在資源條件好的地區建設一批地熱能發電示范項目。
一、從全球看地熱能利用
1、地熱能分類
地熱能即地球內部隱藏的能量，是驅動地球內部一切熱過程的動力源，其熱能以傳導形式向外輸送。地熱能是來自地球深處的可再生性熱能，它起于地球的熔融巖漿和放射性物質的衰變。
按儲存形式，地熱能可分為蒸汽型、熱水型、地壓型、干熱巖型和熔巖型5大類。按溫度的高低，地熱能可分為高溫型和中低溫型兩類，其中高溫型一般溫度高于150攝氏度，中低溫型一般低于150攝氏度。
地熱能利用主要分為直接利用和地熱發電兩大類。地熱能直接利用已廣泛地應用于工業加工、民用采暖和空調、洗浴、醫療、農業溫室、農田灌溉、土壤加溫、水產養殖、畜禽飼養等各個方面。地熱發電是把地下的熱能轉變為機械能再轉變為電能的能量轉變過程，在全球20多個國家已有應用。
2、全球地熱能利用
全球地熱能儲量極其豐富，地球的體積為10832億km3，其中溫度超過1000℃的部分占地球體積的99%，低于100℃的部分只占地球體積的0.1%。離地球表面5000米深，15℃以上的巖石和液體的總含熱量，約為14.5×1025焦耳（J），約相當于4948萬億噸（t）標準煤的熱量。
根據2020年世界地熱大會的統計，2020年直接利用地熱能的國家/地區有88個，全球地熱直接利用折合裝機容量為1.08億千瓦。2010年以來，全球地熱發電累計裝機容量逐年增長趨勢，2020年全球地熱發電裝機容量16GW，美國、印度尼西亞、菲律賓、土耳其、新西蘭位列全球地熱發電累計裝機容量前五名。
3、地熱能利用發展趨勢
地熱能作為新能源中的優勢能源之一，已進入經濟發展的主流趨勢，而其利用模式，也由市場經濟初期的地熱溫泉利用，逐步向能源為主的利用模式轉型，使地熱資源得到充分、高效的利用。
（1）地熱直接利用，主推集中供暖+冷熱站
進行大型集中供暖是地熱能供暖發展的必然趨勢，同時也是清潔環保、替代碳能源的市場需求的體現。地熱能集中供暖，能夠提升對能源本身的高效利用，降低小片區應用造成的能源損耗。冷熱站將深層的地熱井供暖與淺層地源熱泵制冷結合起來，不僅可以集中供暖，也可以集中制冷，不僅提高了生活的舒適度，也極大地提高了能效。
（2）地熱發電技術，探索深層地熱能利用
地熱發電是地熱能最高的利用形式，是一種新能源整體實力的體現。但目前的地熱發電，依舊受資源條件和開發水平的限制，尤其是中國，能夠進行高溫地熱發電的淺層區域并不多，這需要極佳的地熱資源品位，而更多的地熱能蘊藏在幾千米深處的干熱巖中，深層的干熱巖儲量很大，但開采成本相對較高。
（3）地熱梯級利用，實現多功能綜合規劃
地熱能與太陽能、風能利用的最大區別在于，可以根據不同溫度層次，進行分層的梯級利用。高溫進行地熱發電后，帶有中溫的余水還可進行地熱供暖，而供暖后的余水，經過處理后輸入其他管道進行梯級利用，使每個階段的溫度得到充分利用，既節約了資源，又提高了效率，同時也有利于多角度收益，是全面提升地熱能競爭力的一個有效手段。
二、中國地熱能利用現狀和趨勢
1、地熱能資源潛力
中國地熱資源豐富，已發現地熱區3200多處，已完成地熱田勘查50多處，主要分布在京、津、冀、東南沿海、內陸盆地和藏滇地區。其中大于150℃的高溫地熱系統，即直接可以用于發電的有255處，總發電潛力5800MW(30年)；中低溫地熱系統可用于非電直接利用的2900多處，開發潛力在2000億t標準煤當量以上。
從自然資源部中國地質調查局2015年調查評價結果來看，全國336個地級以上城市淺層地熱能年可開采資源量折合7億噸標準煤；全國水熱型地熱資源量年可開采資源量折合19億噸標準煤；埋深在3000米至1萬米的干熱巖資源量折合856萬億噸標準煤。
目前，適合發電的高溫地熱田主要分布在青藏高原，西藏高溫地熱資源占全國高溫地熱總量的80%。中低溫發電的技術成本比較高，基本處于停滯狀態；干熱巖發電尚屬空白，干熱巖型地熱能資源勘查開發開始起步。淺層地熱能利用快速發展，水熱型地熱能利用持續增長。在沿黃、沿江地區鄉村建設中，開展城鎮地區地熱供暖、地熱養殖等開發利用，將為鄉村振興注入新的活力，提供新的產業增長點。
2、地熱能利用現狀
在地熱直接利用方面，到2020年我國淺層地熱能利用將達5000MWh，地熱(溫泉)直接利用4000MWh；預計到2050年我國淺層地熱能利用將達25000MWh，地熱(溫泉)直接利用10000MWh。
中國適于發電的高溫地熱資源主要分布在西藏、云南和臺灣等地區，2019年我國地熱能發電裝機容量約為26MW，規劃到2020年我國干熱巖地熱發電裝機容量將達25MWe，2030年達到100MWe。
建筑能耗在我國能源消耗總量中所占比例已達40%。地熱能技術在解決建筑供暖制冷，改善能源結構等方面發揮了積極作用。建筑供暖制冷等中低溫領域是我國地熱能利用的主要場景。面向我國建筑供熱和新型綠色建筑發展，推動城市建筑規?；責崮芄┡评漤椖块_發；加強種植養殖、康養旅游等領域的地熱應用，助推鄉村振興和農業農村現代化建設。
根據2019年中國地熱能利用數據分析，2019年地熱供暖利用占比32.7%；地熱溫泉洗浴利用占32.3%；地熱農業領域利用占17.9%；地熱養殖業領域利用占2.69%；地熱發電領域占比0.5%；工業利用領域占比0.4%。2019年，我國淺層地熱能建筑供暖(制冷)建筑面積達8.41億平方米，水熱型地熱能供暖建筑面積超過1.65億平方米。
3、地熱能+應用趨勢
未來發展重點在于淺層地熱供暖(供冷)的分布式大型化發展以及“地熱能+”的廣泛應用等。下面主要介紹一下地熱能+太陽能、地熱能+油井利用的模式。
（1）地熱能+太陽能
“地熱能+太陽能”互補系統采用智慧能源運行模式。在采暖季，太陽能集熱系統將熱能與地熱井熱能并行輸送至用戶側直接使用；在春、夏、秋非采暖季，太陽能集熱系統將熱能輸送至地熱井中蓄存，用于增加地熱井熱能，解決了太陽能能流密度低、季節性不平衡、難以跨季儲存等問題。
（2）地熱能+油井利用
大型石油公司是地熱行業重要的合作伙伴，地熱項目為油氣公司提供綠色轉型機遇。其中一個主要機遇就在于廢棄或無效的采油和采氣井，可以通過可行的方法改造這些井，用于地熱能源發電，為化石燃料生產商提供一個進入可再生能源領域的明確的切入點，同時解決如何讓這些已耗竭資產安全退出的問題。
目前，東部地區多個油田已實施油田地熱利用項目，包括原油管道加熱、油管清洗、油水分離、房屋采暖、溫室大棚以及中、低溫地熱發電等。這些項目集中在渤海灣盆地的華北油田、勝利油田、中原油田、遼河油田、冀東油田以及松遼盆地的大慶油田。
三、地熱能技術和設備發展態勢
地熱能利用技術和設備，主要包括地熱發電機組及技術與設備、中深層地熱能供暖技術與設備、中低溫發電技術、地源熱泵技術與設備、水源熱泵技術與設備、余熱利用技術與裝備、干熱巖發電技術與設備、地熱鉆井設備、地熱+多能互補清潔能源站技術與設備、地熱能發電機供暖配套產品、地源熱泵配套產品等。下面重點介紹一下地源熱泵和地熱發電技術。
1、地源熱泵技術
地源熱泵產業鏈主要沿著地熱開發及應用展開，主要涉及地熱應用技術開發、地熱設備制造、地熱污染與環境管理等產業內容，其中最主要的產業環節為地緣熱泵設備制造。
從類型上看，地源熱泵主要分為水平式、垂直式、地表水式、地下水式四種。
四種地源熱泵技術
地源熱泵主要用于淺層地熱能開發，建筑供暖（制冷）應用規模不斷擴大。地源熱泵是一種利用地下淺層地熱資源既能供熱又能制冷的高效節能環保型空調系統。地源熱泵的供熱系數一般可達3-4，比燃煤鍋爐節能20%-50%，供冷比冷水機組節能10%-20%。隨著技術水平的提高，地源熱泵作為一種兼具環保、節能與經濟性的技術逐漸推廣應用。2019年，我國淺層地熱能建筑供暖(制冷)建筑面積達8.41億平方米，水熱型地熱能供暖建筑面積超過1.65億平方米。
2020年中國地源熱泵裝機容量約2.645萬兆瓦，2015-2020年復合增長率為17%；國內地源熱泵裝機容量占全球的比重上升到34.11%，且增長速度持續加快。
目前全球地源熱泵技術已經比較成熟，在我國地熱能直接利用市場就活躍著數十家地源熱泵企業，包括克萊門特、美意集團、貝萊特、麥克維爾、頓漢布什、楓葉能源、特靈空調、富爾達、同方人環、約克空調、歐科空調、天加環境等，其中的國外品牌占據著高端市場。
2、地熱發電技術
地熱發電包括蒸汽法和雙循環發電系統及全流發電系統，以及干熱巖發電系統。目前全球地熱電站主要采用的是地熱蒸汽發電系統。干熱巖發電成本遠低于風力發電、太陽能發電等新能源發電方式。
淺層地熱資源發電技術。西藏羊八井地熱電站拉開了中國利用淺層地熱資源發電的序幕，裝機容量25.18兆瓦，采取地熱蒸汽發電系統，動力機使用汽輪機葉片。截至2020年5月，羊八井地熱電站累計發電量達34.25億千瓦時，同時利用發電尾水為羊八井鎮扶貧搬遷安置點、溫泉度假村提供熱水。
分布式地熱發電技術。云南瑞麗市地美特10兆瓦地熱發電站采取分布式集裝箱地熱發電模式，發電系統、遙控系統、控制系統、變速系統等功能都壓縮到了集裝箱里，使用的動力機是螺桿機。目前凈發電量已達到1.2兆瓦，該電站仍在擴建之中。
干熱巖發電技術。干熱巖發電涉及干熱巖勘查選址、高效鉆完井工藝、儲層改造、高效發電等技術。目前已有少數國家建有試驗性干熱巖發電廠。河北省煤田地質局在唐山市馬頭營凸起區3965米深度鉆獲了京津冀地區埋藏最淺的干熱巖，實現了干熱巖試驗性發電。
目前世界上的地熱發電設備生產廠家較為集中，日本三菱、東芝、富士的產品占世界的2/3，排名前6家廠商占據全球95%以上市場份額。中國企業正在加速進入地熱發電領域，包括浙江開山壓縮機、青島捷能汽輪機、哈爾濱汽輪機、江西華電電力、常州聯優機械等。
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