地热能之深井换热的春天

地热能的形成和优点

地球内部蕴藏着巨大的能量，这些能量的产生，与地球的形成过程以及地球内部的放射性元素的衰变（俗称“核能”或“原子能”）、地球内部的各种运动和各种化学反应都有关系。广义上可以把地球内部所拥有的全部能量都称为地热能，但地球中心部位的巨大能量是无法利用的，所以一般意义上地热能是指能够开发的地球中的能量。

浅层地热能位于地球表面附近，是地球内部与地球表面之间的热平衡而形成的相对稳定的恒温层中所含有的热能，这些热能蕴藏于地球浅层，温度接近常温，品位较低，需配套热泵等装置进行转换提升后方可利用。

深层地热能直接来源于地球深层，是地球内部的高温熔岩向地表涌流的结果，温度较高，品位较高，就目前的技术水平而言，地热资源勘探开釆的深度可达地表以下6000m, 其中4000m以内的地热资源的开采经济性较好。深层地热能是一种特殊的矿产资源，其功能多，用途广，是一种清洁的可再生资源，随着对地热资源的不断开发与研究，深层地热能已成为继水力、风、力和太阳能之后最重要的可再生能源，并且，地热能对于人类未来的重要性和现实性远远大于其他可再生能源，因为：

①储量巨大。据估算，储存于地球内部的热量约为全球煤炭储量的1.7亿倍，全球可采地热资源量为每年500×109GJ,超过当今全球年均一次能源消耗的总量。随着科技的进步，人类将能够利用地球更深部位的地热资源，资源量更大，品位更高，完全可以解决人类未来的能源需求。

②可以高效、稳定、连续地供应。地热能利用效率高，和其他新能源相比，地热能平均能源利用效率高达73%,是风能的34倍，地球表面可用太阳能的45 倍，生物质能的1.5倍。太阳能和风能受自然条件的严重制约，不能完全、连续、稳定地供应，生物质能受到四季变化的影响使其产生具有周期性；地热资源不会受外界环境条件的影响，必然是对人类替代化石能源能够起到关键作用的重要能源。
河北省地热资源开发利用相关政策

河北省地热资源开发利用大致经历如下3个阶段：

鼓励和推广水热型地热开发利用
河北省人民政府办公厅于2017年9月印发《河北省“十三五”能源发展规划》，规划明确：发挥示范带动作用，推广先进经验，探索建立集供暖、制冷、种养殖、温泉休闲度假等为一体的地热开发模式。推动有条件的城镇地区优先发展地热集中供暖，“十三五”期间全省地热供暖面积新增1.3亿平方米。

河北省住建厅于2017年4月印发《河北省城镇供热“十三五”规划》，规划明确：保定、石家庄、廊坊、张家口和沧州等地区市重点推进中深层地热能供暖的开发利用，结合热泵技术，实现中深层地热能梯级利用；同时各地做好尾水回灌工作，实现资源可持续良性循环。

全面限制水热形式地热开发利用，并鼓励地热换热技术研发
2020年7月，河北省自然资源厅和河北省水利厅联合印发了《关于严格管控抽采地热水的通知》，通知明确禁止新增水热型深层地热立项，并对无证开采予以关停取缔，同时明确“对不抽采地热水，通过深层地下换热方式开发利用地热的，不办理取水许可证，直接办理采矿许可证，按照《国家能源局、财政部、国土资源部、住房和城乡建设部关于促进地热能开发利用的指导意见》（国能新能〔2013〕48 号）规定，享受可再生能源税收和收取采暖费等方面的优惠政策，鼓励各市、县出台具体支持政策。

在“碳达峰、碳中和”背景下进一步支持地热换热技术应用推广
2021年6月，河北省自然资源厅和河北省水利厅联合印发了《关于规范抽采地热水管理的通知》，明确“采用深层地下换热方式开发利用地热能的（只取热不取水），不需办理取水许可和采矿许可，同时可按照《国家能源局、财政部、国土资源部、住房和城乡建设部关于促进地热能开发利用的指导意见》（国能新能〔2013〕48 号）规定，享受可再生能源税收和收取采暖费等方面的优惠政策，鼓励各市、县出台具体支持政策”。

近期其它地区促进地热能开发利用的相关通知

2021年8月2日陕西省西咸新区自然资源和规划局发布“关于进一步加强项目使用中深层地热能无干扰供热技术推广工作的通知”。能用必用，已建项目，未用的要改造使用，新建的项目必须强制使用。

2021年8月12日西安市城市管理和综合执法局发布“关于进一步明确发展分布式供热有关问题的通知”。要求全市新增供暖面积逐步采取分布式供热方式替代（分布式供热包括分布式燃气锅炉、污水源热泵、地热能等供热方式）

与之相反的关停声音，近期多地关停水热型地热井。

近期河北雄安新区安新县、山东寿光市、陕西运城等地分别启动了地下水水源热泵供暖小区改造，大面积关停当地的水热型地热井。

提出的问题点是：水源热泵供热质量不高、居民满意度低，地下水浪费、污染严重，供热设备常出故障……

深井换热取热模式

针对建筑供暖需求，采用深层地下换热方式开发利用地热能的（只取热不取水）简称深井换热模式，是比较理想的地热能利用方式。可以采用I型、L型和U型三种模式。各种模式分别有细化的配置方式。

目前深井换热基本上采用I型（单口垂直井），单井取热功率250~700KW，加上地面的地源热泵，可以满足1~3万㎡的供暖需求。煤层气和油田废弃机改造以及有些水热型井改深井换热，基本上采用了I型的模式。目前大部分此类型项目单井换热能力仅为300KW左右，取热功率太低，投资回报周期太长，经济性较差。提升单井换热效率和降低单井投资成本是大家追求的目标，也是一个矛盾的两个面。或许通过技术升级，提升单井换热效率同时能够大大降低单位供热投资成本是可行的。

L型国内暂时还没有示范项目。主要对钻井要求比较高，目前地热钻井队，大都是地质勘探30以下的小钻机，对于实现水平井的施工，软件和硬件都不具备条件。若引入石油专业打井队，那这个打井技术将可以顺利解决。单井换热效率比起I型井可以有几倍的翻越。

U型井示范项目，中煤地水文局在河北工程大学有科研项目已经采用。单井取热功率达到1800KW左右，加上地面的地源热泵和其它其它能源辅助，可以满足10万㎡的供暖需求。

U型井升级版，取热功率可达到10MW，甚至更高。效果优于水热型地热井，且无干扰，零排放，系统运行功率非常低。具体有相应的发明专利。专 利 名 称：钻井多点连通循环采集地热法，专利号：201210089788.9

如下：