“雙碳”目標下地熱標準體系建設思考

曹倩　刁海燕　蘇春梅

關鍵詞：地熱標準，地熱開發，地熱政策，標準體系，地熱

DOI編碼：10.3969/j.issn.1674-5698.2023.10.011

0 引言

加快能源轉型、發展清潔能源已成為各國應對氣候變化的重要選擇，地熱作為儲量大、分布廣、綠色低碳、運行穩定的可再生能源，將發揮重要作用，目前全球超過88個國家和地區利用地熱進行發電和供暖[1]。標準對產業具有規范引領作用，完善標準體系建設，有助于推動產業規?；l展。本文調研分析了國內外地熱產業發展現狀和特性，剖析了國內外地熱標準體系建設情況和存在的問題，將標準體系建設和產業發展現狀相結合，提出了3點建議，為完善我國地熱標準體系建設提供支持。

1 國內外地熱開發情況

地熱資源分為淺層地熱資源、水熱型地熱資源和干熱巖型地熱資源，開發利用主要分為發電和直接利用兩種方式，直接利用包括地熱供暖、工業生產用熱、醫療保健、溫泉洗浴、農業溫室用熱等方面。國外地熱利用方式主要以高溫地熱發電為主，受到資源品位限制，我國主要以地熱供暖為主，地熱發電項目僅集中在四川、云南、西藏等高溫地熱資源分布地區[2]。

1.1 國外主要以地熱發電為主

截至2 0 2 0 年年底，全球地熱發電國家共3 0個，地熱發電裝機容量15.95吉瓦，相比2015年增長約2 7%，排名前五的國家分別為美國、印度尼西亞、菲律賓、土耳其和肯尼亞[4]。據國際能源署（I EA）預測，2 0 4 0年全球地熱直接裝機容量將達到650吉瓦。直接利用主要集中在歐洲區域，法國、德國、匈牙利等國應用溫度高于10 0℃的地熱資源進行供暖，目前法國地熱直接利用裝機容量524兆瓦，德國460兆瓦，匈牙利319兆瓦。據RystadEnergy預測，受能源危機影響，至2030年歐盟各國將鉆探約1100口地熱井用于區域供暖 [5]。

1.2 中國地熱產業主要以直接利用為主

我國地熱能資源豐富，開發利用空間廣闊。全國336個主要城市淺層地熱能年可采資源量折合標煤7億噸，中深層地熱能年可采資源量折合標煤18.65億噸，干熱巖地熱能資源潛力巨大[6]。我國地熱產業已形成地熱供暖等直接利用為主、發電為輔的格局，直接利用裝機容量長期保持世界第一，2020年直接利用裝機規模40，610兆瓦，占世界總裝機的37.7%。地熱供暖是除地源熱泵之外中國最重要的地熱利用方式，年利用熱量約占世界總用量的55.6%，2022年供暖面積超13億平方米[7]。受資源稟賦限制，中國地熱發電裝機容量較小，約53兆瓦[8]。目前正持續攻關經濟性中低溫地熱發電和干熱巖發電技術，打造地熱能全產業鏈[9]。

1.3 國內外油氣公司紛紛涉足地熱開發領域

地熱開發和油氣開發技術高度重合，依托油氣開發的勘探、儲層評價、鉆完井等技術和資料優勢，近年來國內外油氣公司都在積極涉足地熱領域。中國石油集團2021年出臺了“十四五”地熱業務專項規劃，截至2022年年底，累計地熱供暖面積約250 0萬平方米，并在肯尼亞開展了高溫鉆井服務。中石化業務已輻射9個省市的50余個城市，累計建成供暖能力8000萬平方米 [10]。

美國前五大鉆井承包商都已涉及地熱業務，美國油服公司Archer投入825萬美元收購冰島鉆探公司50%的股份，在地熱發電和歐洲區域供暖市場獲得立足點；在地熱領域擁有40多年經驗的貝克休斯公司（Baker Hughes）投資地熱初創企業GreenFire Energy；斯倫貝謝（Schlumberger）在2010年收購了地熱咨詢公司GeotherEx，今年也加快了地熱領域的發展；挪威公司Sintef正在開發用于惡劣環境的測井工具，憑借著豐富的油氣工業儀表經驗，希望可以開發出用于300攝氏度井下溫度的測井工具[11]。

1.4 各國政府出臺政策積極推動地熱產業發展

因初期投資高，對資源選區和開發技術要求較高等原因，地熱產業的發展離不開政府的支持，為推動能源轉型和地熱發展，各國都針對地熱出臺了強有力的政策。2020年“雙碳”目標提出后至今，我國發布多份文件推動地熱產業發展。2021年9月國家發改委等8部門聯合發布《關于促進地熱能開發利用的若干意見》，提出到2025年地熱能供暖（制冷）面積將比2020年增加50%；到2035年，地熱能供暖（制冷）面積及地熱能發電裝機容量力爭比2025年翻一番。2022年6月國家發展改革委等9部門聯合印發《“十四五”可再生能源發展規劃》，積極推進地熱能規?；_發是規劃中的重要內容[12]。

美國針對地熱推出了減稅的政策優惠，印尼政府規定國營電力公司必須以固定價格收購地熱電力，土耳其公布了新的可再生能源補貼機制，肯尼亞頒布了新能源法案允許獨立電力生產商（IPP）以預先確定的電價向接受方出售可再生能源，日本在2022-2023財政年度預算中撥款1.66億美元用于勘探和開發新的地熱資源，丹麥政府引入新的定價模式以支持地熱區域供暖項目[13-16]。

2 國內外地熱能開發利用標準現狀

2.1 國外地熱標準體系尚不完善

經檢索，目前國際標準化組織（ISO）有10 0 0余項標準直接貢獻于氣候行動，包括環境管理體系、溫室氣體量化和報告、溫室氣體管理和氣候行動、能源管理體系、綠色金融等 ISO 國際標準，其中涉及到地熱的是制冷和空氣調節技術委員會空調熱泵測試評定分技術委員會（ISO/TC 86/SC6），頒布地熱相關國際標準26項，主要為熱泵相關標準，涉及熱泵的安全與環境要求、關鍵零部件、性能測試方法，風冷式空調器和空氣-空氣熱泵系統的季節性能系數的試驗和計算方法，熱泵熱水器的性能試驗和額定值等[17]。ASTM地熱相關標準8項，涉及地熱流體取樣、相關設備的檢驗方法和環境影響評價等，主要是用于規范地熱能發展相配套的設備材料等，尚沒有地熱利用工程技術領域的標準，詳見表1。

2.2 我國能源領域初步建立地熱標準體系

能源行業地熱能專業標準化技術委員會（NEA/TC 29）成立于2016年，由國家能源局批準組建并主管，負責能源行業地熱能專業標準的歸口管理。近幾年按照基礎通用、地熱資源勘查與評價、地熱鉆完井工程、地熱供暖與制冷、地熱發電和采出水綜合利用與資源保護等6大領域開展了標準化工作（如圖1所示），制定了52項中華人民共和國地熱能行業標準，納入國標和其他行標72項[18]。

除地熱能專業標準化技術委員會以外，我國涉及地熱標準化的組織還有全國自然資源與國土空間規劃標委會（SAC/ TC93）、全國能源基礎與管理標委會/新能源和可再生能源分委會（SAC /TC 20/SC6）、全國石油天然氣標準化技術委員會（SAC / TC355）、全國電力監管標委會（SAC / TC296）/電力行業標委會和國土資源標委會也發布了地熱相關標準，詳見表2。

2.3 我國地熱標準化現狀分析

（1）資源勘察評價相關標準需進一步和開發相結合

現有地熱行標體系從勘察方法、勘察技術、資源評價、熱儲評價等方面形成了12項相關標準，涉及方向較全面，但存在評價精度不夠的問題。地熱資源勘察評價涉及到水文地質學、構造地質學、巖石學等多個學科，目前僅水文地質相關標準較成熟。地熱供暖項目需保證50年以上的穩定運行，需根據具體項目進行評價，合理確定熱儲評價邊界，結合開發方式和開采條件確定回灌條件下的可利用資源量[19]，這就對評價技術提出了更多的要求，在無法實施物化探區域如何快速高效識別地下高溫熱源也對勘察技術提出了更多要求，亟待出臺更多相關標準。

（2）鉆井標準需針對地熱開發特性進一步完善

地熱行標體系中，編制地熱鉆井行業標準14項，納入油氣行業標準18項。鉆井是地熱開發中最重要的一個環節，也是投資較大環節，鉆井效果對項目的可行性、經濟性和可持續性都有很大的影響。淺層地熱井深一般為200米以內，難度較小，目前相關規范足夠使用。中深層水熱型地熱井深一般為2000～3000米，溫度60～110攝氏度左右，對鉆井工程質量要求更高。鉆井工程相關規范應涉及前期設計、工藝、鉆井液、鉆具、測井、錄井、固井、完井等多個方面[20]。目前納入的油氣鉆井標準在安全性、防腐選材等方面不契合地熱開發實際，會提高地熱項目的投資；行業相關標準則主要適配于1000～2000米左右的地熱井，隨著地熱井深度的增加、儲層溫度的增加和目的層復雜程度的增加，行業標準在可行性、可操作性、安全性、經濟性等方面并不完全適用。地熱發電和干熱巖開發也對高溫鉆完井技術提出更高要求，如何將油氣鉆井技術和地熱井技術相結合[21]，不斷優化地熱鉆井工藝，降低鉆井投資，形成相關的可操作性更強的標準規范，是地熱鉆井標準下一步的研究方向。

（3）亟待開展綜合/梯級利用相關標準研究

現有城鎮供暖和地面工程部分基本采用暖通行業相關標準，技術和建設規范較成熟。地熱供暖項目存在著初期建設投資大、用熱周期短、民生工程經濟效益偏低的問題，目前行業內正在探索梯級利用和綜合利用等方向，縱向上探索地熱資源梯級利用，橫向上探索中低溫水熱型地熱資源制冷、“地熱+風光”綜合利用、“地熱+提鋰提氦”綜合開發等[22]。如何科學化開展項目評價、規范化開展項目建設，是亟待攻關的內容，相關標準也亟待同步進行研究。

（4）需編制地熱在工業領域利用相關標準

“雙碳”目標下，地熱開始廣泛應用于工業生產中，傳統的工業生產用熱主要是利用天然氣和煤炭等化學燃料提供，用地熱替代天然氣、煤炭等燃料，不僅可以降低操作成本，還可以助力碳減排，給企業帶來環保方面的效益，提高企業的社會形象。中國石油和中國石化在地熱替代油田生產能耗方面均取得了很好的效果，但目前僅有《油田采出水余熱利用工程技術規范》1項標準，如何科學計算替代化石能源量和碳減排量、地熱開發和原有供熱流程如何結合、工業領域供熱相關設施如何選型、如何利用油田廢棄井和煤炭廢棄礦洞等方面，都需要出臺相關標準進行指導和規范。

（5）需開展項目運行管理相關標準研究

地熱項目需要精細化管理，在運行中對回灌情況、熱儲情況、地熱水溫度和水質進行監測，對可能出現的回灌能力下降、水位變化、水溫降低、水質變化等情況進行分析和處理[23]，目前僅有動態監測、水質檢驗等方面的標準，在項目運行管理、儲層解堵、地熱井修護等方面并無相關標準。

3 地熱標準體系發展建議

（1）將地熱標準和政府相關政策相融合

因地熱開發涉及地方發改委、住建部、自然資源部門、水利等部門，存在多頭管理的問題，因相關立法和管理體系存在不足，導致開發混亂，影響了地熱產業發展。將地熱相關標準融入到政府政策中，例如：礦權申請嚴格按照規范要求編制勘察報告等，可以提高標準的適用性，發揮標準的規范引領作用，推動地熱產業科學有序發展。

（2）加強地熱標準國際化建設

2022年7月國家標準化管理委員會下達《2022年碳達峰碳中和國家標準專項計劃及相關標準外文版計劃的通知》，批準外文版計劃共44項，其中涉及地熱的僅有GB/ T 4272-2008《設備及管道絕熱技術通則》和GB/T 28185-2011《城鎮供熱用換熱機組》。全球能源危機背景下，近兩年我國熱泵企業出海漸入佳境，歐洲和肯尼亞等地地熱市場發展空間大，未來我國地熱服務公司出海前景廣闊，需要國際認可的地熱標準支撐產業發展。

（3）提高現場技術轉化為標準的能力

“十三五”以來地熱產業進入快速發展期，各大能源公司和地礦部門進入地熱領域，在中低溫地熱發電、水熱型集中式規?；責峁┡⒏蔁釒r開發、熱儲改造等方面進行了大量探索，許多項目也取得了良好的成果。目前標準和現場存在融合性不強的問題，如何提高現場技術轉化標準的能力，加強標準和產業的融合度，對提高地熱標準體系的完整性和系統性具有重要意義。

4 結語

近幾年在“雙碳”目標下，我國在地熱能開發方面成績顯著，開發技術和裝備制造能力突飛猛進，在政策引導和市場推動下，直接利用裝機規模多年居世界第一。在產業蓬勃發展時期，標準將發揮關鍵性的引領作用，加強我國地熱標準體系建設，可以進一步規范、推動我國地熱產業高質量發展。我國能源領域標準體系已初步建立，但仍需進一步加強標準對政策的引領性、對項目建設的指導性以及國際化水平。