上海地熱資源利用現狀及發(fā)展策略

1 地熱資源概況

全球地熱資源儲量巨大，是煤炭資源量的數萬(wàn)倍。國際能源署、中國科學(xué)院和中國工程院等機構的研究報告顯示：地球表層5 km以淺的地熱儲量約1.45×1026 J，相當于全世界現產(chǎn)煤炭總發(fā)熱量的2000倍。中國地熱資源量約占全球地熱資源的1/6，分布廣泛、種類(lèi)繁多、儲量豐富，發(fā)展潛力巨大。中國淺層地熱能資源主要分布在北京、天津、河北、河南、山東、上海等中東部13個(gè)省市；水熱型地熱資源豐富，可折合1.25萬(wàn)億噸標準煤，每年可開(kāi)采量折合18.65億噸標準煤；地下3～10 km范圍內的干熱巖型地熱資源可折合856億噸標準煤（數據來(lái)源：中國地質(zhì)調查局）。

2 上海淺層地熱資源開(kāi)發(fā)利用現狀

2.1 地熱資源開(kāi)發(fā)利用現狀

上海地區的地熱能開(kāi)發(fā)主要以淺層地熱能為主。目前已完成上海市淺層地熱資源詳細調查，工作精度為1:1萬(wàn)～1:5萬(wàn)，查明了上海地區200 m以淺地熱能的分布特點(diǎn)和賦存條件。根據調查取得的巖土物理性質(zhì)指標和熱物性參數計算，上海200 m以淺土體單位溫差熱容量為3.27×1015 kJ/℃，資源量為1.63×1016 kJ,99.3%的陸域面積適宜開(kāi)發(fā)淺層地熱能。

自20世紀70年代開(kāi)始，上海開(kāi)始利用淺層地熱能進(jìn)行制冷，淺層地熱能開(kāi)發(fā)利用規模逐步提升。截至目前，上海淺層地熱能建筑應用面積約為1852萬(wàn)m2，年利用量折合標煤約為86.94萬(wàn)噸。與常規能源相比，淺層地熱能利用年可減排CO2約43.56萬(wàn)噸、SO2約0.35萬(wàn)噸、粉塵約0.18萬(wàn)噸。由上海淺層地熱能應用建筑類(lèi)型及能效統計（圖1）可知，淺層地熱能應用項目主要分布在浦東新區、閔行區、松江區、青浦區等區域，其中公共建筑占比超過(guò)六成，住宅占比超過(guò)三成。能效等級2級以上項目占比65%,3級以下僅占13%。隨著(zhù)上海市淺層地熱能開(kāi)發(fā)利用的快速發(fā)展，地熱資源在未來(lái)能源結構調整優(yōu)化中將發(fā)揮更加積極的作用。

上海淺層地熱能應用建筑類(lèi)型及能效統計

2.2 地熱資源開(kāi)發(fā)利用政策機制現狀

為推動(dòng)上海地熱能開(kāi)發(fā)利用高質(zhì)量發(fā)展，2021年至今，先后頒布《上海市綠色建筑管理辦法》《上海市新城規劃建設導則》《上海市能源電力領(lǐng)域碳達峰行動(dòng)方案》《上海市促進(jìn)地熱能開(kāi)發(fā)利用的實(shí)施意見(jiàn)》等數十個(gè)文件。補貼扶持政策方面，《上海市建筑節能和綠色建筑示范項目專(zhuān)項扶持辦法》對采用淺層地熱能的可再生能源示范項目，受益面積補貼55元/m2，單個(gè)項目最高獎勵600萬(wàn)元，與國內其他城市相比，補貼扶持力度較小，門(mén)檻較高。

2.3 地熱資源開(kāi)發(fā)利用技術(shù)研究現狀

在地熱能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)研究方面上海也開(kāi)展了全方位的研究，并取得了豐富成果。

關(guān)于淺層地熱能高效利用技術(shù)研究，如：通過(guò)細化地下巖土體分層和巖性，利用權重系數法建立了巖土體分層導熱系數與綜合導熱系數的相關(guān)關(guān)系；分析了淺層地熱能開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟和環(huán)境效益，并估算了地熱對減碳目標的貢獻度；搭建了需求量預測模型，發(fā)現長(cháng)三角地區地熱資源建筑應用需求旺盛；對地埋管回填材料、地埋管換熱器換熱性能影響因素及換熱器優(yōu)化設計方法進(jìn)行研究，優(yōu)化了回填材料配比、量化了影響因素的影響程度，建立了多因素全生命周期優(yōu)化設計模型；對建筑物深基坑下埋設地埋管換熱系統的設計、施工、運行維護技術(shù)進(jìn)行了探討，認為淺層地熱能在上海及類(lèi)似大型城市應用是可行的。

在地下水源熱泵應用技術(shù)研究中，如：對系統運行可能造成地質(zhì)環(huán)境變化的影響因素進(jìn)行監測和研究，分析了地下水源熱泵系統應用的適用性；利用數值模擬軟件搭建模型，針對地下水源熱泵熱量運移、儲能、效率衰減等應用問(wèn)題展開(kāi)技術(shù)討論，提出了系統運行最優(yōu)策略；通過(guò)采用全封閉100%回灌、合理的井間距等措施對上海地區地下水源熱泵技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化設計，該設計對地質(zhì)環(huán)境影響微小、可控、且經(jīng)濟環(huán)境效益顯著(zhù)。

在地下能源結構技術(shù)研究方面，如：通過(guò)在科學(xué)實(shí)驗場(chǎng)進(jìn)行現場(chǎng)試驗，研究了能源樁在溫度—荷載耦合作用下的力學(xué)特性及換熱性能。

在地熱資源物探勘查方面，如：通過(guò)對以往上海地熱資源物探工作總結分析，研究了不同物探方法在上海地熱資源勘查的可行性。

在淺層地熱能監測技術(shù)研究方面，上海已研發(fā)了監測精度±0.1℃的高精度溫度傳感器，實(shí)現模擬信號向數字信號轉化，提高了信號遠程傳輸的穩定性，同時(shí)實(shí)現了多點(diǎn)位模塊化自由組合式監測，提高了多點(diǎn)位自由分布、組合的靈活性，并為維護提供便捷性。

綜合上述研究分析，上海市對于淺層地熱資源的開(kāi)發(fā)與利用正逐步提升，特別是在全球對清潔能源和可持續發(fā)展的關(guān)注度日益增加的當下，地熱能源的開(kāi)發(fā)利用顯得尤為關(guān)鍵。此外，上海地區在淺層地熱資源的開(kāi)發(fā)應用方面展現出多元化的進(jìn)展，包括技術(shù)研發(fā)、政策制定等多個(gè)層面，這反映出對地熱資源開(kāi)發(fā)利用采取了全面而系統的推進(jìn)策略。

3“雙碳”背景下地熱資源面臨的機遇與挑戰

2020年9月22日，國家主席習近平在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì )一般性辯論上宣布，“中國力爭2030年前CO2排放達到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現碳中和目標”。2021年5月26日，“雙碳”工作領(lǐng)導小組第一次全體會(huì )議在北京召開(kāi)。作為“1+N”政策體系中的“1”,2021年10月24日，中共中央、國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見(jiàn)》，為“雙碳”這項重大戰略進(jìn)行了系統謀劃、總體部署；同日，國務(wù)院發(fā)布《2030年前碳達峰行動(dòng)方案》，共同構建了中國“雙碳”“1+N”政策體系的頂層設計。2022年6月24日，科技部等9部門(mén)印發(fā)《科技支撐碳達峰碳中和實(shí)施方案（2022—2030年）》（國科發(fā)社〔2022〕157號），統籌提出支撐2030年前實(shí)現碳達峰目標的科技創(chuàng )新行動(dòng)和保障舉措，并為2060年前實(shí)現碳中和目標做好技術(shù)研發(fā)儲備。

3.1 未來(lái)機遇

“雙碳”目標的實(shí)現過(guò)程，在一定程度上是碳基傳統能源退出歷史舞臺的過(guò)程，同時(shí)也是新能源崛起的過(guò)程。太陽(yáng)能、風(fēng)能受日照、季節等因素影響較大，對儲能設施建設有嚴格要求。而地熱能作為穩定、可重復利用、儲量豐富、應用模式多元化的綠色低碳能源，其開(kāi)發(fā)利用將為“雙碳”目標的達成提供有力的支撐。

隨著(zhù)“雙碳”戰略的推進(jìn)，新能源體系建設有序開(kāi)展，地熱資源可以提升綠色清潔能源的供給率，必將有力地促進(jìn)地熱資源內生需求的增長(cháng)并催生地熱資源開(kāi)發(fā)利用的新浪潮。對于地熱能企業(yè)及有關(guān)的投資機構，“雙碳”目標的落實(shí)意味著(zhù)生產(chǎn)要素投入力度的增加，作為重要載體的科技和金融將會(huì )為地熱能資源開(kāi)發(fā)過(guò)程賦予新的能量。例如“物聯(lián)網(wǎng)+AR（增強現實(shí)）”等技術(shù)支撐下的能源大數據建設將推動(dòng)地熱資源開(kāi)發(fā)利用的精準化調度生產(chǎn)與精細化設備管理。

3.2 重要挑戰

“雙碳”既是機遇也是挑戰。目前，在地熱資源的探測技術(shù)體系構建、地質(zhì)勘探設備制造以及高溫地熱鉆井等關(guān)鍵領(lǐng)域，國內還存在明顯的技術(shù)短板，限制了我國在新能源領(lǐng)域激烈競爭中的應對能力。與此同時(shí)，與日本、新西蘭、冰島這些在地熱能源開(kāi)發(fā)方面較為先進(jìn)的國家相比，中國的地熱事業(yè)規模雖大，但尚未形成強大的產(chǎn)業(yè)實(shí)力，一方面是地熱資源開(kāi)發(fā)利用整合度有限，另一方面是還未摸索出一條符合國情、社情的地熱資源開(kāi)發(fā)利用路徑。

作為超一線(xiàn)城市，無(wú)論是經(jīng)濟賽道還是新能源賽道，上海市都發(fā)揮著(zhù)領(lǐng)頭羊的作用。雖然上海市淺層地熱能開(kāi)發(fā)利用程度較高，但發(fā)展中也暴露出一些問(wèn)題亟待解決。一是淺層地熱能開(kāi)發(fā)利用現狀與規劃目標存在較大的差距，發(fā)展相對緩慢，個(gè)別項目出現運營(yíng)困難等問(wèn)題；二是深層地熱能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)尚處于探索研究階段，多項關(guān)鍵問(wèn)題亟須攻克。

4“十五五”期間上海地熱產(chǎn)業(yè)發(fā)展策略探討

“十五五”期間上海地區的地熱資源開(kāi)發(fā)利用旨在提高資源利用質(zhì)量，促進(jìn)經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護，著(zhù)力推動(dòng)上海市地熱能資源的高質(zhì)量、可持續、規?；_(kāi)發(fā)利用。2023年1月19日，上海市發(fā)展和改革委員會(huì )、上海市規劃和自然資源局、上海市住房和城鄉建設管理委員會(huì )、上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì )、上海市財政局、上海市生態(tài)環(huán)境局、上海市水務(wù)局等七部門(mén)聯(lián)合發(fā)布《上海市促進(jìn)地熱能開(kāi)發(fā)利用的實(shí)施意見(jiàn)》（滬發(fā)改規范〔2023〕2號），提出至2035年全市淺層地熱能供暖制冷面積在2025年基礎上力爭再新增1000萬(wàn)m2?；谏虾５貐^地熱開(kāi)發(fā)利用現狀及“十五五”目標，本文對地熱產(chǎn)業(yè)的發(fā)展策略展開(kāi)探討。

4.1 深化地熱資源勘查和監測

協(xié)同水行政主管部門(mén)進(jìn)行中深層地熱資源調查評價(jià)，對其開(kāi)發(fā)利用可行性、適宜性、總量及強度進(jìn)行評估。制定淺層地熱能開(kāi)發(fā)利用專(zhuān)項規劃，針對長(cháng)三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區、臨港新片區、五個(gè)新城、崇明世界級生態(tài)島等關(guān)鍵區域，實(shí)施精細化勘查及精確指引。實(shí)現新建地熱資源開(kāi)發(fā)利用項目地質(zhì)環(huán)境及運行參數監測全覆蓋，將數據傳輸至上海市地熱能開(kāi)發(fā)利用信息服務(wù)平臺，促進(jìn)資源高效利用和地質(zhì)環(huán)境保護協(xié)調發(fā)展。

4.2 強化地熱開(kāi)發(fā)利用的關(guān)鍵技術(shù)

在現有研究基礎上，參照國際國內先進(jìn)技術(shù)開(kāi)發(fā)案例、先進(jìn)技術(shù)，充實(shí)技術(shù)的改進(jìn)和利用效率的提升。開(kāi)展關(guān)鍵技術(shù)研究，研發(fā)新產(chǎn)品、新技術(shù)、新設備，學(xué)習最新前沿技術(shù)。如麻省理工學(xué)院最新的突破性鉆探技術(shù)，可以深入鉆探地溫溫度500℃的位置，為釋放太瓦級地熱能潛力鋪平道路；又如美國利用大數據創(chuàng )建模型定位地熱資源的技術(shù)等。

4.3 構建地熱資源利用全流程標準體系

開(kāi)展地源熱泵系統后評估及運行維護技術(shù)標準研究，編制地熱資源開(kāi)發(fā)利用碳核算技術(shù)標準。建立地熱資源勘查、設計、施工、監測、驗收、運行維護、性能評估、安全保障等全過(guò)程的技術(shù)標準體系，推動(dòng)淺層地熱能開(kāi)發(fā)利用標準化、規范化。

4.4 建立地熱資源智能化信息服務(wù)體系

加強新一代信息技術(shù)與地熱資源開(kāi)發(fā)利用的深度融合，運用人工智能、大數據分析等技術(shù)，推進(jìn)“云平臺、大數據、智能化”三位一體建設，實(shí)現地熱等地質(zhì)資源調查、監測、應用、預測、管理、服務(wù)方式的信息化變革，實(shí)現智能控制與智慧化管理。

4.5 探索淺層地熱資源多元化發(fā)展模式

嘗試深淺結合、天地結合、水陸結合、調蓄結合等“地熱+”創(chuàng )新模式，通過(guò)構建區域能源綜合利用系統，實(shí)現淺層地熱能資源利用的智慧化管理，形成資源節約、經(jīng)濟性好、持續性和保障性高的能源供給模式。

4.6 有序推進(jìn)地熱資源開(kāi)發(fā)利用示范應用

聚焦長(cháng)三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區、臨港新片區、五個(gè)新城、崇明世界級生態(tài)島等重點(diǎn)區域，建設淺層地熱能應用高質(zhì)量發(fā)展示范區，推動(dòng)淺層地熱資源在綠色生態(tài)示范區、低碳園區、設施農業(yè)等領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)利用。在滿(mǎn)足地下水保護與管理政策要求的前提下，根據劃定的需要取水的淺層地熱能項目禁止、限制、允許取水范圍，有序推進(jìn)地下水源熱泵系統示范應用，對開(kāi)采項目實(shí)行嚴格審批、嚴格監管。

4.7 完善地熱資源開(kāi)發(fā)利用管理體系

按照規劃、政策、標準、監管要求，實(shí)行分區管控、備案登記、技術(shù)質(zhì)量、監測監督為一體的開(kāi)發(fā)利用管理模式，形成完善的地熱資源開(kāi)發(fā)利用監管措施，制定具有針對性及可實(shí)施性的地熱行業(yè)補貼政策，營(yíng)造健康穩定的地熱資源利用環(huán)境。

4.8 開(kāi)展地熱能學(xué)科建設和人才培養

支持引進(jìn)和培養一批學(xué)科帶頭人，建設一批科技創(chuàng )新平臺。依托高等院校優(yōu)勢資源，培育一批滿(mǎn)足企業(yè)需求的技術(shù)型人才、管理型人才、創(chuàng )新型人才，為區地熱能資源高質(zhì)量可持續化開(kāi)發(fā)利用做好人才儲備。

5 結論與建議

5.1 結論

(1）上海市地熱能以淺層地熱能為主，資源分布廣、地質(zhì)條件優(yōu)越，資源潛力巨大，在未來(lái)能源結構調整優(yōu)化中將發(fā)揮積極的作用。

(2）上海市淺層地熱資源應用研究呈現多元化的特點(diǎn)，在技術(shù)研發(fā)、政策制定、標準編制等方面取得了豐富的研究成果，推動(dòng)了上海地熱能開(kāi)發(fā)利用高質(zhì)量發(fā)展。

(3）“雙碳”目標的提出必將有力地促進(jìn)地熱資源內需增長(cháng)并催生地熱資源開(kāi)發(fā)利用的新浪潮。但目前，地熱資源開(kāi)發(fā)利用仍需面臨政出多門(mén)和應用規模不大的現實(shí)挑戰。

(4）“十五五”期間上海市需要加快地熱資源的高質(zhì)量、可持續、規?；_(kāi)發(fā)利用。重點(diǎn)任務(wù)包括深化地熱資源勘查監測、強化關(guān)鍵技術(shù)研究、建立標準體系、推進(jìn)智能化信息平臺建設、探索多元化發(fā)展模式、開(kāi)展示范應用、完善管理體系和加強學(xué)科建設。

5.2 建議

建議后續上海市地熱工作聚焦強化扶持政策導向、提升政府統領(lǐng)功能、加大關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)學(xué)研投入、推廣代表性應用示范等方面，做好地熱開(kāi)發(fā)利用規劃銜接，為地熱能的開(kāi)發(fā)利用創(chuàng )造有利環(huán)境，推動(dòng)城市向綠色低碳發(fā)展轉型，同時(shí)也為全國地熱資源開(kāi)發(fā)利用提供借鑒。