鄭克棪：中國地熱大發(fā)展的技術(shù)瓶頸是什么？

地大熱能地熱資源開(kāi)發(fā)利用：在中國努力奔向碳達峰、碳中和的目標中，地熱可再生能源不受季節、晝夜和氣候影響及資源豐富的長(cháng)處可以為能源轉型作出重要貢獻。1970年地質(zhì)部長(cháng)李四光倡導中國開(kāi)發(fā)地熱新能源，中國成為世界第8個(gè)地熱發(fā)電的國家，地熱勘查和開(kāi)發(fā)利用熱火朝天，開(kāi)創(chuàng )了中國地熱發(fā)展第一次高潮。

后來(lái)市場(chǎng)經(jīng)濟培育了地熱產(chǎn)業(yè)隊伍的發(fā)展和壯大，中國地熱直接利用2000年起稱(chēng)雄世界第一，至2020+1世界地熱大會(huì )更獨占世界總量的43.4%，但是中國地熱在技術(shù)水平上不占優(yōu)勢，地熱發(fā)電和干熱巖開(kāi)發(fā)尤其落后。中國地熱大發(fā)展的技術(shù)瓶頸，就是急需地熱專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才，幾十年來(lái)大學(xué)沒(méi)有地熱專(zhuān)業(yè)，勘探和開(kāi)發(fā)的重大項目凸顯技術(shù)力量不足，嚴重阻礙了發(fā)展進(jìn)程，必須花大力氣解決問(wèn)題，扭轉局面。

1 雙碳目標正孕育中國地熱大發(fā)展

1.1 中國地熱的第一次高潮

面臨世界第一次石油價(jià)格危機，1970年地質(zhì)部長(cháng)李四光教授高瞻遠矚，提出開(kāi)發(fā)利用中國地熱能源，指出“把地球在它表層給我們遺留下來(lái)的珍貴遺產(chǎn)象煤炭這樣大量豐富多彩的物質(zhì)集中構成的原料，不管青紅皂白，一概當做燃料燒掉，這是無(wú)可彌補的損失”。

當時(shí)中國是社會(huì )主義計劃經(jīng)濟時(shí)代，中央的一聲令下都被視作政治任務(wù)，不需要申報項目、申請資金，各級機構一經(jīng)傳達動(dòng)員，馬上就有人出人、有錢(qián)出錢(qián)，自愿組織起來(lái)，就開(kāi)始了行動(dòng)。各地普遍開(kāi)展了溫泉資源調查和在重點(diǎn)地區進(jìn)行地熱資源勘查，對已有的溫泉和地熱井則開(kāi)展了各式各樣的地熱利用，包括房屋供暖、工業(yè)紡織染洗、農業(yè)溫室種植和水產(chǎn)養殖等等，更有追風(fēng)世界的地熱發(fā)電試驗，當時(shí)世界上已有7個(gè)國家建成高溫地熱發(fā)電，我們不甘落后，建成了廣東豐順、江西宜春、河北懷來(lái)、湖南寧鄉、遼寧營(yíng)口、山東招遠和廣西象州7處中低溫地熱發(fā)電站裝機總容量1336kW，另有西藏羊八井高溫地熱發(fā)電1000kW。

各地地質(zhì)隊伍勘查地熱田數十個(gè)，以天津地熱會(huì )戰帶動(dòng)全國范圍的地熱綜合開(kāi)發(fā)利用，構建了中國地熱的第一次高潮。

遺憾是當時(shí)沒(méi)有形成足夠規模的地熱產(chǎn)業(yè)，所以試驗完成后的項目沒(méi)有常規隊伍來(lái)維持運行和發(fā)展。

1.2 中國地熱的第二次高潮

1978年中國實(shí)施改革開(kāi)放，進(jìn)入市場(chǎng)經(jīng)濟，先經(jīng)歷了“摸著(zhù)石頭過(guò)河”的探索，后經(jīng)投資商開(kāi)發(fā)溫泉休閑旅游業(yè)啟蒙，帶動(dòng)了地熱產(chǎn)業(yè)經(jīng)營(yíng)的贏(yíng)利，帶動(dòng)了后來(lái)者，并逐漸發(fā)展壯大。2000年世界地熱大會(huì )中國就奪得了地熱直接利用的世界第一。

在新舊世紀之交，地源熱泵的引入借助節能減排大好形勢的助力推動(dòng)，更使中國地熱產(chǎn)業(yè)隊伍越做越大，中國地熱直接利用的業(yè)績(jì)也得以持續增長(cháng)。經(jīng)過(guò)2005年、2010年和2015年世界地熱大會(huì )的逐步升級，中國地熱拿下了更多的業(yè)績(jì)，中國地熱莊嚴地走向了世界，且保持這優(yōu)勢越發(fā)壯大。這是中國地熱開(kāi)發(fā)利用的第二次高潮。

1.3 雙碳目標正孕育第三次高潮

2020+1世界地熱大會(huì )上，中國地熱供暖、地源熱泵應用、溫泉洗浴休閑、地熱水產(chǎn)養殖、地熱工業(yè)利用等全都成為世界第一（僅地熱溫室是土耳其優(yōu)先），地熱直接利用的熱能已占世界利用總量的43.4%。

國家主席習近平2020年向世界莊嚴宣布中國將在2030年碳達峰，2060年碳中和。為了實(shí)現這個(gè)“雙碳”宏偉目標，在能源轉型的大格局中，中國地熱必將迎來(lái)第三次高潮。

國家能源局5月發(fā)布數據：2021年全國可再生能源發(fā)電量24853億kWh，其中水電13401億kWh，風(fēng)電6556億kWh，太陽(yáng)能電3259億kWh，生物質(zhì)電1637億kWh。同時(shí)，2021年全年全國可再生能源發(fā)電裝機容量10.6億kW，其中水電3.91億kW，風(fēng)電3.28億kW，太陽(yáng)能電3.06億kW，生物質(zhì)電0.3798億kW。利用這些數據我們可以算得各種能源的能力系數，即其年工作小時(shí)占全年8760小時(shí)的比率。于是我們得知這些能力系數：全國可再生能源平均為0.27，其中水電為0.39，風(fēng)電為0.23，太陽(yáng)能電為0.12，生物質(zhì)電為0.49（圖1）。 

作為對比，我們來(lái)看一下不受季節、晝夜和氣候影響的地熱發(fā)電，以西藏羊易地熱電站為例，其2021年全年滿(mǎn)負荷連續運行8150小時(shí)，能力系數0.93。就是說(shuō)，同樣的裝機容量，地熱所發(fā)的電是風(fēng)能的4倍，是太陽(yáng)能的7.7倍。誰(shuí)能忽視如此高效的地熱發(fā)電優(yōu)勢？地熱對奔向雙碳目標大有用武之地。

2 地熱優(yōu)勢何以才能發(fā)揮

中國地熱作為工業(yè)能源利用的起步就落后于世界半個(gè)多世紀，中國地熱走向世界做得最大的是地源熱泵，這方面的技術(shù)含量相對較低，所以一場(chǎng)群眾運動(dòng)，產(chǎn)業(yè)隊伍驟然崛起，我們就拿下了頭籌。但是，我們在地熱發(fā)展理念的戰略上，以及運用地熱核心技術(shù)的戰術(shù)上，均還未掌握優(yōu)勢。

2.1 端正理念才能指導更大發(fā)展

我國70年代的中低溫地熱發(fā)電幾年后停了，認為技術(shù)雖可行、但成本太高經(jīng)濟上不合算。接著(zhù)就有人提出：放棄我們地熱發(fā)電的弱項，發(fā)展中國地熱直接利用的長(cháng)項。從中國地熱走向世界的目標實(shí)現，似乎我們不發(fā)展地熱發(fā)電也無(wú)所謂，但這樣的戰略思想是正確的嗎？奧瑪特科技公司對我們說(shuō)：70年代奧瑪特和你們處在同樣水平，但奧瑪特認定正因為效率低、成本高，所以要加強研究，30多年下來(lái)奧瑪特做成了世界地熱市場(chǎng)的領(lǐng)袖。

我國在“十一五”支持發(fā)展風(fēng)電，風(fēng)電增長(cháng)了670倍；我國在“十二五”支持發(fā)展太陽(yáng)能，太陽(yáng)能發(fā)電增長(cháng)了100倍；但是我國在“十三五”支持發(fā)展地熱能，地熱發(fā)電僅完成了計劃指標的不到4%。難道中國地熱直接利用在世界上連續拿下第一的同時(shí)，就甘愿地熱發(fā)電始終放棄，不思前進(jìn)嗎？

還有世界地熱前瞻性的干熱巖EGS（增強地熱系統）開(kāi)發(fā)研究，法國、德國等兆瓦級EGS發(fā)電已連續運行十余年，而我們多處試驗滿(mǎn)足于鉆了一個(gè)測溫孔就稱(chēng)發(fā)現干熱巖資源，還自諛“試驗性發(fā)電成功”。差距顯得太大了。

2.2 缺乏專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才影響大局

我們能拿得出手的地熱技術(shù)或許只在地源熱泵和地熱供暖，而技術(shù)程度較高的地熱發(fā)電和干熱巖EGS技術(shù)絕對是落后的。更大的弱項是地熱專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才的缺乏和無(wú)法接濟。舉例來(lái)說(shuō)，2021年我國風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電裝機總容量分別為340GW和320GW，假設一個(gè)100MW電站需要2位高級工程師，則他們至少有3400和3200位高級工程師。但是，我國有能力或參加過(guò)高溫地熱項目的高級工程師應不足百人，而且過(guò)去數十年一直沒(méi)有大學(xué)的地熱專(zhuān)業(yè)，大學(xué)地熱學(xué)科剛成立不到一年，本科大學(xué)生畢業(yè)還要再等3年。誠然有一批由院士、研究員和教授培養的研究生博士和碩士，但他們與地熱產(chǎn)業(yè)大發(fā)展所需要的基礎工程師隊伍似乎并不是一回事。

3 缺少專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才之窘

現在是中國地熱面臨大發(fā)展之初期，多地配合雙碳目標大形勢已出臺規劃和項目，還有開(kāi)發(fā)商的投資，然而已經(jīng)顯現缺少地熱專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才之窘，可以有例為證。

3.1 不完整地熱技術(shù)支撐的現狀

國外的《地熱能源技術(shù)》課程包括地熱地質(zhì)學(xué)和熱儲工程學(xué)2個(gè)分支（俗稱(chēng)地下和地上），前者培養Earth Scientist（地球科學(xué)家），包括地熱地質(zhì)、地球物理和地球化學(xué)3門(mén)課程；后者培養 Reservoir Engineer（熱儲工程師），包括地熱井開(kāi)采（回灌）和熱能發(fā)電或非電利用。學(xué)員選其中一門(mén)為主課，另一門(mén)為副課，這樣畢業(yè)出來(lái)的地熱專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才是全才，能應對高溫、低溫、勘查、監測、發(fā)電、用熱多方位的任務(wù)。

然而我國的現實(shí)是：從事地熱勘查的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員絕大部分未受過(guò)地熱專(zhuān)業(yè)教育，很多是原水文地質(zhì)專(zhuān)業(yè)，用“地下水+熱”來(lái)干這份工作，因此從專(zhuān)業(yè)基礎上就有缺憾。

雖然《地熱資源地質(zhì)勘查規范》國家標準也指明了地熱勘查要包括地質(zhì)、地球物理和地球化學(xué)工作，但在各地的實(shí)際勘查中做得很不夠。

HN某地已有2眼地熱井，請地質(zhì)隊想再鉆一眼更好的井加大開(kāi)發(fā)，地質(zhì)隊只選了溫度較高的作為找熱方向，2井的水質(zhì)檢測結果本可以用地熱地球化學(xué)研究提供更多信息，但沒(méi)做。業(yè)主向我咨詢(xún)，我要來(lái)水化學(xué)檢測結果做了溫標計算和水質(zhì)類(lèi)型劃分，都表明那里50C井的地熱潛力遠高于57C井。

還有不少地質(zhì)隊伍將找地熱的任務(wù)全交給物探工程師去做，物探選方法、布置剖面、解釋和定井位，這樣與地質(zhì)、地球化學(xué)脫鉤的工作方法欠缺了重要信息支撐，不可能得出完整的判斷。

另外，國內近年已多處鉆成了高溫地熱井，但遺憾在取全取準所有參數上均有漏缺（蒸汽流量、熱水流量、汽水比、分離溫度與壓力、熱焓……），有的未測，有的靠推算而非實(shí)測，實(shí)在遺憾。

3.2 重大研究的數據缺失

地熱能是具有巨大潛力的可再生能源，符合時(shí)代發(fā)展的趨勢，但怎么保持這行業(yè)的發(fā)展，也需要有更遠的眼光做好當前一步，看清下一步。

干熱巖是世界地熱前瞻性大事，但此項頂尖科技近年有被庸俗市場(chǎng)化對待，似乎已經(jīng)是成熟技術(shù)，被有的公司一些不恰當宣傳造成誤導，有的地方不惜高額投入，但幾年來(lái)進(jìn)展收效甚微。

國外迄今50年的干熱巖EGS（增強地熱系統）開(kāi)發(fā)研究已經(jīng)歸納出4大步驟：高溫鉆井、壓裂激發(fā)、對流試驗、電站建設。當然在鉆井之前還包括選定井位的問(wèn)題。國內近年的幾處項目，在鉆井測定溫度后就宣布成功，緊隨要做的壓裂激發(fā)都無(wú)心去做，似乎就是為了更快吸引資金。國外的壓裂激發(fā)效果要用對流試驗驗證，常耗時(shí)數月、數年，不斷改進(jìn)，以確?？沙掷m運行，但國內的項目多只報稱(chēng)做過(guò)了，基本上不報告數據（激發(fā)的壓力、循環(huán)的流量、發(fā)電的千瓦、運轉的時(shí)間……），卻緊接著(zhù)就有說(shuō)“首次試驗性發(fā)電實(shí)現”、“突破性進(jìn)展”。這是在騙世界？還是在騙自己呢？這樣的學(xué)術(shù)態(tài)度能將中國的干熱巖事業(yè)真正做成功嗎？國外有鉆完井后當年壓裂、循環(huán)和兆瓦級發(fā)電的，不止一例。2020+1世界地熱大會(huì )有論文綜述了世界64處干熱巖EGS開(kāi)發(fā)研究實(shí)例，有幸第63處提到中國青海恰卜恰，現狀是“2018，在進(jìn)行中”，你可知道那個(gè)高溫孔是2015年就鉆成的，可幾年時(shí)間耗著(zhù)沒(méi)做壓裂。

4 大學(xué)培養專(zhuān)業(yè)人才是當務(wù)之急

審視中國地熱開(kāi)發(fā)的技術(shù)環(huán)節，為什么出現這些問(wèn)題呢？很大一個(gè)原因是中國地熱專(zhuān)業(yè)人才的缺乏，地熱勘查和開(kāi)發(fā)不是推土和搬磚，數十年沒(méi)有大學(xué)地熱專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生是個(gè)大問(wèn)題。雖然這些年培養出一批博士、碩士研究生，包括博士后，但他們主要從事的研究與地熱產(chǎn)業(yè)發(fā)展第一線(xiàn)所需的工程師不是一回事。

4.1 數十年沒(méi)有大學(xué)地熱專(zhuān)業(yè)

21世紀初，中國地熱直接利用奪得世界第一引起世界矚目，國際地熱協(xié)會(huì )就關(guān)切地問(wèn)我們：中國有幾所大學(xué)的地熱專(zhuān)業(yè)。我們一直很遺憾地回答：沒(méi)有。征詢(xún)過(guò)大學(xué)教授和院士，他們告知說(shuō)：教育部批準設立大學(xué)專(zhuān)業(yè)是很難很難的，連水文地質(zhì)專(zhuān)業(yè)取消（改名）后要恢復都未獲批。直到2021年秋季開(kāi)學(xué)，終于聽(tīng)到中國地質(zhì)大學(xué)說(shuō)：大學(xué)設立地熱專(zhuān)業(yè)了。但他們現今仍在一年級，還要3年才能本科畢業(yè)。

雖然地熱專(zhuān)業(yè)委員會(huì )等社團組織過(guò)一些專(zhuān)業(yè)培訓，但一是專(zhuān)業(yè)面窄（針對某一專(zhuān)題），二是時(shí)間短，與正規教學(xué)相差很遠。

4.2 技術(shù)型和研究型

誠然，院士、研究員和大學(xué)教授培養了一批博士、碩士研究生，包括博士后，但存在研究方向和人才去向兩大問(wèn)題。

研究型人才可以為勘探開(kāi)發(fā)多年的地熱田進(jìn)行一些研究，幫助提高水平。但是，地熱開(kāi)發(fā)之前的熱田勘查、勘探前線(xiàn)需要大量一線(xiàn)工程師來(lái)做基礎技術(shù)工作，然而很難有博士來(lái)主持或參與這類(lèi)工作。地熱大業(yè)需要技術(shù)型和研究型兩類(lèi)人才，分工不同，各司其職。

5 結語(yǔ)

中國地熱大業(yè)急需地熱專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才，這并非僅限于地熱界自身的事，還涉及決策者和社會(huì )對地熱行業(yè)的影響。

5.1 關(guān)于換熱取熱的熱門(mén)話(huà)題

近年國內有“地巖熱”、“無(wú)干擾”、“取熱不取水”等新名詞宣稱(chēng)中深層井下?lián)Q熱新技術(shù)，甚至請院士評審為“實(shí)現突破”，還有“入選國家級推廣目錄”。運用科研鑒定的“查新”檢索這些名詞確實(shí)世界沒(méi)有，因為國外的叫法與我們不同，稱(chēng)之為換熱取熱。

近些年國外干熱巖EGS的開(kāi)發(fā)模式遇阻，也有人提出了新一輪的“閉路換熱Close-loop Heat Exchange”研究，以期替代激發(fā)壓裂的循環(huán)對流。作為干熱巖200C的高溫，換熱考慮可以研究探討。正如早在50年前國外就曾有“井下換熱器Downhole Heat Exchanger”引發(fā)一陣熱潮，研究成果用在新西蘭羅托魯阿和美國愛(ài)達荷州博伊西等地熱區（200m深度，近100C溫度）的居民家庭采暖效果不錯，但用作大面積的區域供暖就力不能及了，因此后來(lái)沒(méi)有推廣價(jià)值。

國內近年將此技術(shù)檢了起來(lái)，而且從1000~2000m深度推廣到3000m深度（稱(chēng)為中深層），從70~80C溫度推廣到50~60C溫度，稱(chēng)其為突破。其實(shí)這種低溫的熱交換取熱，靠熱傳導換熱的效率太低，雖然用了熱泵提升熱量，但傳統抽水和回灌方式的對流取熱能比它大10倍。這可以在實(shí)在沒(méi)法時(shí)拿來(lái)應付一下，然而不應視其為“開(kāi)辟了新路”和“技術(shù)突破”。

5.2 利益相關(guān)者的技術(shù)認知

今年美國能源部地熱技術(shù)辦公室（GTO）發(fā)布了一份《地熱發(fā)展規劃（2022-2026）》，在6項研究領(lǐng)域的最后一項是較少技術(shù)性的“地熱綜合和意識”，目標是擴大利益相關(guān)者的教育和外延服務(wù)以改善對地熱能和先進(jìn)地熱技術(shù)的理解。什么叫“利益相關(guān)者”，這不僅是投資方和從事該地熱項目的地熱工作者，還包括相關(guān)決策者（你批準了這個(gè)項目）以及涉及到項目周?chē)娜耍ń?jīng)濟和環(huán)境影響）。所以，美國作為世界地熱發(fā)電老大認為：大伙都得“改善對地熱能和先進(jìn)地熱技術(shù)的理解”，也是提醒決策者不要隨便聽(tīng)信讒言胡吹，這才能完成好美國的地熱發(fā)展五年規劃。我們也應該意識到這點(diǎn)，推廣到讓決策者和群眾都提高對地熱的正確認識。

5.3 多專(zhuān)業(yè)共創(chuàng )地熱新人才

地熱發(fā)電已經(jīng)歷118周年，世界社會(huì )已進(jìn)入21世紀10年代，人類(lèi)科技已進(jìn)入數字化和人工智能時(shí)代，傳統實(shí)踐和經(jīng)驗砌起的基礎需要站穩，但也需要最新技術(shù)手段來(lái)加注賦能。一個(gè)多行業(yè)聯(lián)合的技術(shù)創(chuàng )新很有必要，比如石油行業(yè)高效率鉆了許多深井，其新技術(shù)可以為地熱所用；而地熱也能為老油田的革新改型（利用地熱）拓展新路；已有多方投入研究的儲能技術(shù)，更可以為地熱開(kāi)發(fā)拓展新的境界。融匯更多專(zhuān)業(yè)和技術(shù)的新型地熱人才是中國地熱大發(fā)展的剛需，讓我們共同為此努力。

注：原文刊登于2022年7月刊《中國地熱》雜志