郑克棪：中国地热大发展的技术瓶颈是什么？

平博·PINNACLE中国热能地热资源开发利用：在中国努力奔向碳达峰、碳中和的目标中，地热可再生能源不受季节、昼夜和气候影响及资源丰富的长处可以为能源转型作出重要贡献。1970年地质部长李四光倡导中国开发地热新能源，中国成为世界第8个地热发电的国家，地热勘查和开发利用热火朝天，开创了中国地热发展第一次高潮。

后来市场经济培育了地热产业队伍的发展和壮大，中国地热直接利用2000年起称雄世界第一，至2020+1世界地热大会更独占世界总量的43.4%，但是中国地热在技术水平上不占优势，地热发电和干热岩开发尤其落后。中国地热大发展的技术瓶颈，就是急需地热专业技术人才，几十年来大学没有地热专业，勘探和开发的重大项目凸显技术力量不足，严重阻碍了发展进程，必须花大力气解决问题，扭转局面。

1 双碳目标正孕育中国地热大发展

1.1 中国地热的第一次高潮

面临世界第一次石油价格危机，1970年地质部长李四光教授高瞻远瞩，提出开发利用中国地热能源，指出“把地球在它表层给我们遗留下来的珍贵遗产象煤炭这样大量丰富多彩的物质集中构成的原料，不管青红皂白，一概当做燃料烧掉，这是无可弥补的损失”。

当时中国是社会主义计划经济时代，中央的一声令下都被视作政治任务，不需要申报项目、申请资金，各级机构一经传达动员，马上就有人出人、有钱出钱，自愿组织起来，就开始了行动。各地普遍开展了温泉资源调查和在重点地区进行地热资源勘查，对已有的温泉和地热井则开展了各式各样的地热利用，包括房屋供暖、工业纺织染洗、农业温室种植和水产养殖等等，更有追风世界的地热发电试验，当时世界上已有7个国家建成高温地热发电，我们不甘落后，建成了广东丰顺、江西宜春、河北怀来、湖南宁乡、辽宁营口、山东招远和广西象州7处中低温地热发电站装机总容量1336kW，另有西藏羊八井高温地热发电1000kW。

各地地质队伍勘查地热田数十个，以天津地热会战带动全国范围的地热综合开发利用，构建了中国地热的第一次高潮。

遗憾是当时没有形成足够规模的地热产业，所以试验完成后的项目没有常规队伍来维持运行和发展。

1.2 中国地热的第二次高潮

1978年中国实施改革开放，进入市场经济，先经历了“摸着石头过河”的探索，后经投资商开发温泉休闲旅游业启蒙，带动了地热产业经营的赢利，带动了后来者，并逐渐发展壮大。2000年世界地热大会中国就夺得了地热直接利用的世界第一。

在新旧世纪之交，地源热泵的引入借助节能减排大好形势的助力推动，更使中国地热产业队伍越做越大，中国地热直接利用的业绩也得以持续增长。经过2005年、2010年和2015年世界地热大会的逐步升级，中国地热拿下了更多的业绩，中国地热庄严地走向了世界，且保持这优势越发壮大。这是中国地热开发利用的第二次高潮。

1.3 双碳目标正孕育第三次高潮

2020+1世界地热大会上，中国地热供暖、地源热泵应用、温泉洗浴休闲、地热水产养殖、地热工业利用等全都成为世界第一（仅地热温室是土耳其优先），地热直接利用的热能已占世界利用总量的43.4%。

国家主席习近平2020年向世界庄严宣布中国将在2030年碳达峰，2060年碳中和。为了实现这个“双碳”宏伟目标，在能源转型的大格局中，中国地热必将迎来第三次高潮。

国家能源局5月发布数据：2021年全国可再生能源发电量24853亿kWh，其中水电13401亿kWh，风电6556亿kWh，太阳能电3259亿kWh，生物质电1637亿kWh。同时，2021年全年全国可再生能源发电装机容量10.6亿kW，其中水电3.91亿kW，风电3.28亿kW，太阳能电3.06亿kW，生物质电0.3798亿kW。利用这些数据我们可以算得各种能源的能力系数，即其年工作小时占全年8760小时的比率。于是我们得知这些能力系数：全国可再生能源平均为0.27，其中水电为0.39，风电为0.23，太阳能电为0.12，生物质电为0.49（图1）。 

作为对比，我们来看一下不受季节、昼夜和气候影响的地热发电，以西藏羊易地热电站为例，其2021年全年满负荷连续运行8150小时，能力系数0.93。就是说，同样的装机容量，地热所发的电是风能的4倍，是太阳能的7.7倍。谁能忽视如此高效的地热发电优势？地热对奔向双碳目标大有用武之地。

2 地热优势何以才能发挥

中国地热作为工业能源利用的起步就落后于世界半个多世纪，中国地热走向世界做得最大的是地源热泵，这方面的技术含量相对较低，所以一场群众运动，产业队伍骤然崛起，我们就拿下了头筹。但是，我们在地热发展理念的战略上，以及运用地热核心技术的战术上，均还未掌握优势。

2.1 端正理念才能指导更大发展

我国70年代的中低温地热发电几年后停了，认为技术虽可行、但成本太高经济上不合算。接着就有人提出：放弃我们地热发电的弱项，发展中国地热直接利用的长项。从中国地热走向世界的目标实现，似乎我们不发展地热发电也无所谓，但这样的战略思想是正确的吗？奥玛特科技公司对我们说：70年代奥玛特和你们处在同样水平，但奥玛特认定正因为效率低、成本高，所以要加强研究，30多年下来奥玛特做成了世界地热市场的领袖。

我国在“十一五”支持发展风电，风电增长了670倍；我国在“十二五”支持发展太阳能，太阳能发电增长了100倍；但是我国在“十三五”支持发展地热能，地热发电仅完成了计划指标的不到4%。难道中国地热直接利用在世界上连续拿下第一的同时，就甘愿地热发电始终放弃，不思前进吗？

还有世界地热前瞻性的干热岩EGS（增强地热系统）开发研究，法国、德国等兆瓦级EGS发电已连续运行十余年，而我们多处试验满足于钻了一个测温孔就称发现干热岩资源，还自谀“试验性发电成功”。差距显得太大了。

2.2 缺乏专业技术人才影响大局

我们能拿得出手的地热技术或许只在地源热泵和地热供暖，而技术程度较高的地热发电和干热岩EGS技术绝对是落后的。更大的弱项是地热专业技术人才的缺乏和无法接济。举例来说，2021年我国风电和太阳能发电装机总容量分别为340GW和320GW，假设一个100MW电站需要2位高级工程师，则他们至少有3400和3200位高级工程师。但是，我国有能力或参加过高温地热项目的高级工程师应不足百人，而且过去数十年一直没有大学的地热专业，大学地热学科刚成立不到一年，本科大学生毕业还要再等3年。诚然有一批由院士、研究员和教授培养的研究生博士和硕士，但他们与地热产业大发展所需要的基础工程师队伍似乎并不是一回事。

3 缺少专业技术人才之窘

现在是中国地热面临大发展之初期，多地配合双碳目标大形势已出台规划和项目，还有开发商的投资，然而已经显现缺少地热专业技术人才之窘，可以有例为证。

3.1 不完整地热技术支撑的现状

国外的《地热能源技术》课程包括地热地质学和热储工程学2个分支（俗称地下和地上），前者培养Earth Scientist（地球科学家），包括地热地质、地球物理和地球化学3门课程；后者培养 Reservoir Engineer（热储工程师），包括地热井开采（回灌）和热能发电或非电利用。学员选其中一门为主课，另一门为副课，这样毕业出来的地热专业技术人才是全才，能应对高温、低温、勘查、监测、发电、用热多方位的任务。

然而我国的现实是：从事地热勘查的专业技术人员绝大部分未受过地热专业教育，很多是原水文地质专业，用“地下水+热”来干这份工作，因此从专业基础上就有缺憾。

虽然《地热资源地质勘查规范》国家标准也指明了地热勘查要包括地质、地球物理和地球化学工作，但在各地的实际勘查中做得很不够。

HN某地已有2眼地热井，请地质队想再钻一眼更好的井加大开发，地质队只选了温度较高的作为找热方向，2井的水质检测结果本可以用地热地球化学研究提供更多信息，但没做。业主向我咨询，我要来水化学检测结果做了温标计算和水质类型划分，都表明那里50C井的地热潜力远高于57C井。

还有不少地质队伍将找地热的任务全交给物探工程师去做，物探选方法、布置剖面、解释和定井位，这样与地质、地球化学脱钩的工作方法欠缺了重要信息支撑，不可能得出完整的判断。

另外，国内近年已多处钻成了高温地热井，但遗憾在取全取准所有参数上均有漏缺（蒸汽流量、热水流量、汽水比、分离温度与压力、热焓……），有的未测，有的靠推算而非实测，实在遗憾。

3.2 重大研究的数据缺失

地热能是具有巨大潜力的可再生能源，符合时代发展的趋势，但怎么保持这行业的发展，也需要有更远的眼光做好当前一步，看清下一步。

干热岩是世界地热前瞻性大事，但此项顶尖科技近年有被庸俗市场化对待，似乎已经是成熟技术，被有的公司一些不恰当宣传造成误导，有的地方不惜高额投入，但几年来进展收效甚微。

国外迄今50年的干热岩EGS（增强地热系统）开发研究已经归纳出4大步骤：高温钻井、压裂激发、对流试验、电站建设。当然在钻井之前还包括选定井位的问题。国内近年的几处项目，在钻井测定温度后就宣布成功，紧随要做的压裂激发都无心去做，似乎就是为了更快吸引资金。国外的压裂激发效果要用对流试验验证，常耗时数月、数年，不断改进，以确保可持续运行，但国内的项目多只报称做过了，基本上不报告数据（激发的压力、循环的流量、发电的千瓦、运转的时间……），却紧接着就有说“首次试验性发电实现”、“突破性进展”。这是在骗世界？还是在骗自己呢？这样的学术态度能将中国的干热岩事业真正做成功吗？国外有钻完井后当年压裂、循环和兆瓦级发电的，不止一例。2020+1世界地热大会有论文综述了世界64处干热岩EGS开发研究实例，有幸第63处提到中国青海恰卜恰，现状是“2018，在进行中”，你可知道那个高温孔是2015年就钻成的，可几年时间耗着没做压裂。

4 大学培养专业人才是当务之急

审视中国地热开发的技术环节，为什么出现这些问题呢？很大一个原因是中国地热专业人才的缺乏，地热勘查和开发不是推土和搬砖，数十年没有大学地热专业毕业生是个大问题。虽然这些年培养出一批博士、硕士研究生，包括博士后，但他们主要从事的研究与地热产业发展第一线所需的工程师不是一回事。

4.1 数十年没有大学地热专业

21世纪初，中国地热直接利用夺得世界第一引起世界瞩目，国际地热协会就关切地问我们：中国有几所大学的地热专业。我们一直很遗憾地回答：没有。征询过大学教授和院士，他们告知说：教育部批准设立大学专业是很难很难的，连水文地质专业取消（改名）后要恢复都未获批。直到2021年秋季开学，终于听到中国地质大学说：大学设立地热专业了。但他们现今仍在一年级，还要3年才能本科毕业。

虽然地热专业委员会等社团组织过一些专业培训，但一是专业面窄（针对某一专题），二是时间短，与正规教学相差很远。

4.2 技术型和研究型

诚然，院士、研究员和大学教授培养了一批博士、硕士研究生，包括博士后，但存在研究方向和人才去向两大问题。

研究型人才可以为勘探开发多年的地热田进行一些研究，帮助提高水平。但是，地热开发之前的热田勘查、勘探前线需要大量一线工程师来做基础技术工作，然而很难有博士来主持或参与这类工作。地热大业需要技术型和研究型两类人才，分工不同，各司其职。

5 结语

中国地热大业急需地热专业技术人才，这并非仅限于地热界自身的事，还涉及决策者和社会对地热行业的影响。

5.1 关于换热取热的热门话题

近年国内有“地岩热”、“无干扰”、“取热不取水”等新名词宣称中深层井下换热新技术，甚至请院士评审为“实现突破”，还有“入选国家级推广目录”。运用科研鉴定的“查新”检索这些名词确实世界没有，因为国外的叫法与我们不同，称之为换热取热。

近些年国外干热岩EGS的开发模式遇阻，也有人提出了新一轮的“闭路换热Close-loop Heat Exchange”研究，以期替代激发压裂的循环对流。作为干热岩200C的高温，换热考虑可以研究探讨。正如早在50年前国外就曾有“井下换热器Downhole Heat Exchanger”引发一阵热潮，研究成果用在新西兰罗托鲁阿和美国爱达荷州博伊西等地热区（200m深度，近100C温度）的居民家庭采暖效果不错，但用作大面积的区域供暖就力不能及了，因此后来没有推广价值。

国内近年将此技术检了起来，而且从1000~2000m深度推广到3000m深度（称为中深层），从70~80C温度推广到50~60C温度，称其为突破。其实这种低温的热交换取热，靠热传导换热的效率太低，虽然用了热泵提升热量，但传统抽水和回灌方式的对流取热能比它大10倍。这可以在实在没法时拿来应付一下，然而不应视其为“开辟了新路”和“技术突破”。

5.2 利益相关者的技术认知

今年美国能源部地热技术办公室（GTO）发布了一份《地热发展规划（2022-2026）》，在6项研究领域的最后一项是较少技术性的“地热综合和意识”，目标是扩大利益相关者的教育和外延服务以改善对地热能和先进地热技术的理解。什么叫“利益相关者”，这不仅是投资方和从事该地热项目的地热工作者，还包括相关决策者（你批准了这个项目）以及涉及到项目周围的人（经济和环境影响）。所以，美国作为世界地热发电老大认为：大伙都得“改善对地热能和先进地热技术的理解”，也是提醒决策者不要随便听信谗言胡吹，这才能完成好美国的地热发展五年规划。我们也应该意识到这点，推广到让决策者和群众都提高对地热的正确认识。

5.3 多专业共创地热新人才

地热发电已经历118周年，世界社会已进入21世纪10年代，人类科技已进入数字化和人工智能时代，传统实践和经验砌起的基础需要站稳，但也需要最新技术手段来加注赋能。一个多行业联合的技术创新很有必要，比如石油行业高效率钻了许多深井，其新技术可以为地热所用；而地热也能为老油田的革新改型（利用地热）拓展新路；已有多方投入研究的储能技术，更可以为地热开发拓展新的境界。融汇更多专业和技术的新型地热人才是中国地热大发展的刚需，让我们共同为此努力。

注：原文刊登于2022年7月刊《中国地热》杂志