當前，地熱能的開發(fā)已步入了規(guī)模化、區(qū)域化發(fā)展的新時代，技術和管理水平日臻成熟。新形勢下，行業(yè)從業(yè)者應對地熱能的區(qū)域化發(fā)展有充分的認識。帶著大規(guī)模應用地熱能是否可行、怎樣可行、如何能融入區(qū)域能源體系等問題，本文將從地熱能開發(fā)角度出發(fā)，從3個方面提出地熱能如何在區(qū)域能源發(fā)揮作用：一、解讀區(qū)域能源相關概念；二、地熱能在區(qū)域能源中的應用及環(huán)保作用；三、地熱能應用的普遍性原則。從產業(yè)鏈及資源方面，闡述如何提高效率、優(yōu)化利用地熱能資源。分享相關成果，共學共勉。

當前，中央對推進生態(tài)文明建設、推動綠色發(fā)展十分重視。各級、各地方也有較大比重的考核指標，其中一項重要工作就是能源結構調整。如何調整？主要還是從兩個方面來講：一是能源消費端，減少能源的使用，如綠色建筑以超低能耗、近零碳排放實現指標控制。二是能源供給端，也就是提供怎樣的能源。十九大報告為我們指明了方向：“構建清潔低碳、安全高效的能源體系。”

作為可再生能源利用的典范——地熱能的開發(fā)利用已受到廣泛的關注和認可。而今，我國很多地方已開發(fā)利用地熱能為建筑供暖和制冷，解決了很大比例的建筑用能需求，促進了區(qū)域一次能源消耗量減少、污染物指標下降、能源供給質量和水平提升，契合了中央的指示精神。因此，為確保打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)，近一段時期，中共中央、國務院在多次重要會議上強調清潔取暖要以“宜電則電、宜氣則氣、宜煤則煤、宜熱則熱”為原則，因地制宜地把城市區(qū)域的發(fā)展和能源結構的調整優(yōu)化結合起來考慮和部署。地熱能又迎來了一次重大發(fā)展機遇。

我國地熱資源特點是以淺層地熱能和中低溫地熱為主、高溫為輔，適宜為建筑供暖和制冷，少數地區(qū)的優(yōu)質地熱資源可以用來發(fā)電。截至2017年底，我國利用地熱供暖建筑總面積超過7億m2。且隨著城鎮(zhèn)化建設步伐加快，地熱開發(fā)利用規(guī)模在不斷擴大，百萬平米級建筑群的地熱應用項目層出不窮。一方面說明我國地熱開發(fā)利用技術發(fā)展迅猛；另一方面，與過去相比，地熱區(qū)域化發(fā)展已成趨勢，呈現出更多新的特點，這也給我們帶來了新的挑戰(zhàn)。未來，如何使地熱能更好地服務并融入區(qū)域能源發(fā)展，使之成為一條人口、資源、環(huán)境相協調的可持續(xù)發(fā)展道路，作為行業(yè)從業(yè)者的使命，還應在扎實做好基礎工作的前提下，充分發(fā)揮創(chuàng)新能動作用，促進地熱產業(yè)發(fā)展壯大。

1 對“區(qū)域能源”的認識

1.1 “區(qū)域能源”的出現

19世紀末，隨著人類進入工業(yè)革命時期，能源的使用和消耗呈現猛增態(tài)勢?；剂虾碗娏Φ漠a能已不能滿足規(guī)模急劇擴張的工業(yè)生產和居民生活需求。為促進能源效率和環(huán)境質量的提高，歐美一些國家將用能的“小而分散”轉變?yōu)?ldquo;大而集中”，通過區(qū)域供冷、供熱與熱電聯產等先進技術，實現高效滿足區(qū)域內所有用能需求，即“區(qū)域能源”。

區(qū)域能源最早就是從區(qū)域供暖項目誕生的。100多年來，“區(qū)域能源”的內涵在不斷進化?，F今定義為：一切用于生產和生活的能源，在一個特指的區(qū)域內得到科學的、合理的、綜合的、集成的應用，完成能源生產、供應、輸配、使用和排放過程，稱之為“區(qū)域能源”。“區(qū)域”：可以是一個城市、一個工業(yè)區(qū)或大型居住區(qū)，也可以是一個小區(qū)或建筑群，涵蓋從熱電聯產，到集中供暖、區(qū)域供冷、供電等各種技術措施。“能源”：燃煤、油、氣，可再生能源（包括地熱能），生物質能等；可以是一種，也可以是多種能源互補應用（許文發(fā)，2016；伍小亭等，2019）。

區(qū)域能源的出現，在很大程度上減少了二氧化碳的排放，并且節(jié)省開銷、經濟實惠。因此，一直以來反響良好（供熱制冷，2010）。

1.2 地熱能服務區(qū)域能源

20世紀70年代，世界石油危機出現，新能源在區(qū)域能源中的發(fā)展迎來了轉機，地熱能的開發(fā)利用得到了全世界的重視。在時任地質部部長李四光教授的帶領下，我國也掀起了地熱開發(fā)的第一次高潮（北京市國土資源局，2008）。中國成為世界第8個地熱發(fā)電國家。北京成為世界6個具有地熱田的首都之一。同時，全國許多地方也開展了地熱供暖、水產養(yǎng)殖、溫室種植、溫泉洗浴（醫(yī)療）、工業(yè)利用和農產烘干等地熱直接利用（鄭克棪，2019）。

地熱能作為可再生能源融入區(qū)域能源應用，為區(qū)域能源的發(fā)展開辟了一條嶄新的道路。在已探明的地熱田地區(qū)，結合區(qū)域規(guī)劃建設及用能需求，優(yōu)先利用地熱資源，可以解決或部分解決區(qū)域供電、供暖（冷）等問題。其優(yōu)勢在于：1）環(huán)保性強，地熱資源可再生，其應用減少了化石燃料的使用，降低了污染物排放，同時，緩解了地區(qū)能源供給緊張；2）經濟性和保障性高，地熱能來源穩(wěn)定，能源品質較高，無論是單一供給還是成為其它能源形式的補充，都能有效提升區(qū)域能源供給的經濟和穩(wěn)定性。因此，在當前我國城鎮(zhèn)化以及低碳城市建設步伐加快形勢下，地熱能已成為發(fā)揮區(qū)域能源節(jié)能、經濟作用的重要支撐。

如今，地熱產業(yè)在我國已發(fā)展壯大，尤其是地熱直接利用量已躍居世界首位。并且，地熱經濟規(guī)模還在持續(xù)增長。但就全國層面來講，我國地熱能的開發(fā)利用方式較發(fā)達國家相比，還顯得比較粗放。濫采濫排、無序開發(fā)現象時有發(fā)生，有些地方造成負面大于正面的環(huán)境影響，有違“初心”?？v然有多方面因素共同使然，但在一定程度上阻礙了產業(yè)健康發(fā)展。為此，我國多地已出現十分嚴格的地熱開采管理法規(guī)。新形勢下，地熱開發(fā)更應精細化運作，從技術、經濟和管理等方面創(chuàng)新思路，提出解決問題的辦法。

地熱能供應和應用的科學合理會帶來更好的經濟和環(huán)境效益。筆者曾于2004年就提出“地熱水廠”的概念：在地熱資源較優(yōu)質地區(qū)，在地區(qū)政府主導下，由一至兩家單位對區(qū)內地熱資源進行統一勘查、規(guī)劃、開發(fā)、供給、管理等，實現地熱資源的統籌利用。“地熱水廠”可以較少的地熱資源消耗發(fā)揮較大的優(yōu)勢：一、對于地熱資源富集區(qū)域，如北京小湯山地區(qū)地熱資源條件很好，可解決旅游度假、休閑養(yǎng)生和農業(yè)種養(yǎng)殖。二、解決區(qū)域一定范圍內集中供熱問題，這是一個集約節(jié)約利用地熱資源的方案。這種理念已在江西宜春、山東臨沂、河北雄縣等地實施。

以北京某地熱田為例，2017年，該地區(qū)地熱水開采共計309萬m3，其中用于供暖183萬m3，溫泉洗浴126萬m3?？偟責峋當?18眼。區(qū)域內供暖單位10家，供暖總面積僅為25萬m2。

根據上述情況分析，若采用“地熱水廠”熱水統一供給模式，按照單井出水量及溫度測算，在滿足該地區(qū)供暖、洗浴需求前提下，地熱開采井需要數量小于10眼。按1:1.5配置回灌井的情況下，總計最多25眼井可滿足該區(qū)域全部地熱使用。單從經濟性上看，集約節(jié)約利用主要體現在：（1）統一勘查，區(qū)域布局更加合理，減少勘探成本；（2）統一開發(fā)，減少地熱井鉆探及建造成本；（3）統一建設，優(yōu)化設計及系統，減少管網和設備建設成本；（4）統一利用，充分利用地熱資源，如梯級利用等，單位水量供能量增加，減少輸送成本；（5）統一管理，減少人員及維護成本。有效地減少經濟和自然資源浪費。

因此，針對地熱能融入區(qū)域能源的利用形式，為更好地優(yōu)化利用資源，我們提出：在一定區(qū)域內，在目前工藝條件下，通過合理的開發(fā)技術和手段，能夠獲取的經濟實用的、能夠滿足或部分滿足區(qū)域內有效使用的地熱能，或者可以有機地融入區(qū)域能源綜合利用系統的地熱能，稱為“區(qū)域地熱能”。

需要強調的是，區(qū)域地熱能不等同于大規(guī)模開發(fā)利用地熱資源，更講究資源利用的科學性、合理性。是從能源供給端到使用端，實現高度的環(huán)節(jié)統一與智慧管理，在一定范圍內形成資源節(jié)約、經濟性好、持續(xù)和保障性高的能源供給鏈，滿足區(qū)內不同的用能需求。

2 地熱能在區(qū)域能源中的應用及環(huán)保作用

2.1 在國際上的應用

冰島是世界上少數幾個擁有十分豐富地熱資源的國家之一。20世紀70年代以來，大力發(fā)展了本國地熱能的開發(fā)與利用。至2018年，全國90%的采暖是由地熱能供應的，90%的游泳池由地熱能加熱，地熱發(fā)電裝機容量755兆瓦。其中，首都雷克雅未克全部利用地熱采暖，該地區(qū)50多個地熱井，主要由該市能源公司運營，也是世界上最大最成熟的地熱供暖系統。另外，冰島還利用地熱資源養(yǎng)魚、除雪、溫室種植、工業(yè)生產等，已形成了資源開發(fā)與環(huán)境保護相協調的發(fā)展模式。

另一個地熱能利用示范案例的國家則是土耳其。截至2019年，全國11.6萬所住宅供暖，450萬m2溫室，4.64萬所酒店、康養(yǎng)設施，以及部分工業(yè)烘干、制冷等采用地熱能供給，地熱直接利用總量達3500兆瓦，成為地熱非電利用世界前四的國家。但其最受矚目的還是近些年在地熱發(fā)電領域的突飛猛進。土耳其地熱發(fā)電裝機容量經十幾年的發(fā)展，已從2005年的20兆瓦、世界第16位，飛躍至2019年的1595兆瓦、世界第4位，增長近80倍，成功進入世界地熱發(fā)電強國行列。不但環(huán)境清潔了，而且還使企業(yè)、居民用上了價格低廉的能源。其主要原因之一就是政府立法，凡投資地熱發(fā)電的均給予政策優(yōu)惠。如基本激勵電價為10.5美分/千瓦時，額外激勵為2美分/千瓦時。極大地推動了社會資本參與地熱基礎設施建設。未來，該國還將繼續(xù)在干熱巖領域發(fā)展突破。

還有一些地熱開發(fā)強國，如美國、菲律賓、德國、瑞士等，都能很好地利用地熱為區(qū)域能源供給服務。在一些歐洲城市，幾乎所有需要的供暖和制冷都是通過地區(qū)熱、冷網提供的。而當前，全球碳排放問題也給世界地熱發(fā)展帶來了新的機遇，為地熱區(qū)域供能開辟了一條快速通道。

2.2 在我國的應用

區(qū)域能源在我國發(fā)展由來已久，只是人們更習慣稱之為“集中供暖”。2015年，中國就已建成世界最大的區(qū)域供暖系統，覆蓋建筑面積達85億m2。而地熱能則是在近幾年才在區(qū)域能源領域發(fā)力、發(fā)揮作用，但發(fā)展形勢良好。一些典型案例也值得借鑒和參考。

（1）地熱發(fā)電案例

西藏地區(qū)中高溫地熱資源豐富。1977年，我國最大地熱發(fā)電站——西藏羊八井高溫地熱發(fā)電成功。截至2014年底，羊八井地熱電站裝機容量24兆瓦，累計發(fā)電30.6億千瓦時，折合標準煤約95萬噸，減排二氧化碳260萬噸。還一度占到拉薩整個供電的60%，解決了區(qū)域供電問題（蔣勇，2014）。這是典型的地熱發(fā)電在區(qū)域能源中的應用。

（2）中深層地熱（水熱型）供暖案例

雄安新區(qū)是我國中東部地熱資源開發(fā)利用條件最好的地區(qū)，是自然資源部“打造地熱資源利用的全球樣板”的示范區(qū)。目前，其地熱資源利用已形成統一政策、統一管理、統一規(guī)劃、統一開發(fā)的“雄縣模式”（王少勇等，2017）。截至2018年底，雄安新區(qū)的雄縣和容城地熱供暖面積達700萬m2，基本實現了雄縣、容城城區(qū)地熱集中供暖全覆蓋。這是典型的地熱供暖在區(qū)域能源中的應用。

（3）淺層地熱能的開發(fā)與利用案例

北京城市副中心行政辦公區(qū)一期建設面積236.5萬m2，實現以淺層地熱能為主，中深層地熱為輔，其他清潔能源補充的方式，為建筑供暖和制冷。目前，該淺層地熱能復合系統已投入運營，效果良好。這是典型的地熱供暖/制冷在區(qū)域能源中的應用。

（4）旅、養(yǎng)產業(yè)發(fā)展案例

山東臨沂成立湯泉旅游度假區(qū)管委會，統一規(guī)劃、建設、管理區(qū)內地熱資源的開發(fā)利用。近年來招商引資200億元，建設規(guī)模300萬m2，利用地熱開發(fā)的溫泉、旅游、療養(yǎng)、種養(yǎng)殖等產業(yè)發(fā)展壯大。特色學校、聯合辦學培養(yǎng)地熱開發(fā)利用專業(yè)人才，帶動就業(yè)，推動區(qū)域經濟發(fā)展。這是典型的地熱旅、養(yǎng)產業(yè)在區(qū)域能源中的應用（臨沂市人民政府，2018）。

這些實際案例都證明：只要地熱能應用科學合理，是可以支撐區(qū)域能源系統運轉、解決區(qū)域供能問題，甚至能夠成為系統的主力軍。

2.3 服務生態(tài)文明建設

近些年，地熱能在我國著力的大氣污染防治方面發(fā)揮重要作用。一份由清華大學學者完成的《2013—2017年間中國PM2.5空氣質量改善的驅動力》報告指出，中國范圍內所有城市空氣污染水平在2013—2017年間從61.8mg/m3降至42mg/m3，下降了32%。其中，燃煤鍋爐整治和民用燃料清潔化分別使PM2.5濃度下降了4.4mg/m3和2.2mg/m3（Zhang et al., 2019）。而地熱能在其中發(fā)揮很大作用。

如北京市，2017年地熱及熱泵利用總量約67.6萬噸標準煤，減少46萬噸碳粉塵、168.5萬噸二氧化碳、5萬噸二氧化硫、2.5萬噸氮氧化物的排放，為北京地區(qū)降低PM2.5做出顯著貢獻。從圖1可以看出，近些年，北京市空氣質量在不斷提升，空氣污染細顆粒物指數在逐年下降。而北京市地熱能開發(fā)利用量也在不斷增長，并在其中發(fā)揮重要作用。地熱清潔取暖真正服務了生態(tài)文明建設。

3 地熱能應用的普遍性原則

《地熱能開發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》提出“堅持因地制宜、有序發(fā)展”的原則。其中包含了自然條件和社會條件兩方面，即要充分掌握區(qū)域資源稟賦條件及特性，結合地方經濟、技術發(fā)展成熟度以及用能需求，統籌區(qū)域能源發(fā)展，科學合理地開發(fā)地熱能資源，實現資源集約節(jié)約利用。避免“一刀切”式的盲目開發(fā)，造成資源的浪費和環(huán)境的破壞。

因此，為使地熱能在區(qū)域能源應用中科學、合理，我們提出“地熱能應用的普遍性原則”，即在地熱能應用領域具有共識性的、普通適用的并應共同遵守的原則。地熱能的開發(fā)利用應在此原則指導下進行，忌采用盲從、激進的方式開發(fā)。如不遵守該原則，則可能會不同程度地造成損失或負面影響。同時，地熱管理也不可一刀切，而應在科學合理地論證下，充分發(fā)揮地熱能的保障作用：“宜發(fā)電則發(fā)電，宜供暖則供暖，宜冷暖則冷暖，宜溫泉則溫泉”。從產業(yè)鏈及資源的角度來講，發(fā)展地熱能需堅持“三個制宜”——因地制宜、因時制宜、因事制宜。

3.1 因地制宜

（1）地質勘查準確

不同區(qū)域地質條件呈現多樣性，甚至同一區(qū)域地下狀況也存在多變復雜性。因此，地熱能的開發(fā)利用對地質勘查工作要求很高，要盡可能提高其準確性。

例如北京延慶某村委會地源熱泵項目，擬在625m2范圍內布設25眼100m深地埋管換熱孔。在施工過程中發(fā)現，有換熱孔在地下80m處見承壓水，地下水徑流條件很好。通過熱響應測試結果發(fā)現，該類孔夏季工況換熱量達104W/m，換熱效果明顯優(yōu)于前期未見承壓水的勘查測試孔。該區(qū)域地下15m即見基巖，因此準確勘查可有效減少室外建設成本。

再如干熱型地熱資源的應用，其地溫梯度是一項重要的參考指標。由于巖石的導熱性、地殼運動和水文地質條件不同，各地的地溫梯度有很大差異，華北地區(qū)為2.5℃/100m ~3℃/100m，大慶是4℃/100m ~5℃/100m，北京房山是2℃/100m，更有一些結晶巖區(qū)溫度梯度更?。ū本┦械刭|礦產勘查開發(fā)局等，2008；吳愛民等，2018），這對于干熱型地熱資源應用效果也是有很大差異的。

由此可見，地下地質條件是十分復雜的，地熱勘查做到十分精確是很困難的，但可以盡可能地提高其準確性。因此，在區(qū)域經濟、技術條件成熟情況下，重點發(fā)揮地質勘查工作在地熱開發(fā)利用中的基礎性、先行性作用，加大資金投入，提高覆蓋面及勘查數據精度，支撐地熱科學規(guī)劃，有效引導市場，降低風險。

（2）區(qū)域資源優(yōu)化利用

多能互補的復合式應用是實現“因地制宜”的一種有效手段。未來區(qū)域能源的發(fā)展已不是單一能源品種就可以滿足的，而是多種能源互相補充、相互融合的利用方式。本地能源資源優(yōu)先使用，充分發(fā)揮區(qū)域資源稟賦條件優(yōu)勢。筆者也曾就如何實現地熱能創(chuàng)新模式而提出過“四個結合”，既能夠擴展供能的量和面積，系統的穩(wěn)定性和經濟性也得到了提升（李寧波等，2017）。例如，北京大興國際機場地源熱泵項目，淺層地熱能提供了60%的基礎負荷，利用燃氣和冷卻塔調峰以及建設蓄能設施，實現257萬m2建筑的供暖和制冷，區(qū)域可再生能源利用率達10%。目前系統運行良好。

3.2 因時制宜

解放初期，人民溫飽尚未解決，集中供暖普及存在困難。改革開放初期，在寒區(qū)能夠滿足小范圍的供暖。在當時經濟社會發(fā)展狀況下，過高的環(huán)保要求是不現實的。隨著國力的上升、國民財富的增加、技術條件的進步，使國家有能力在環(huán)保和生態(tài)文明建設上下大力氣、辦大事，為世界做示范。

地熱的發(fā)展隨著國家經濟、社會發(fā)展水平的提升而提高。經濟基礎決定著上層建筑，也決定著人民對美好生活品質的需求程度。社會不同發(fā)展時期的發(fā)展重點和工作重心會有變化。當前，我國成為世界第二大經濟體、國家能源戰(zhàn)略調整、首輪全國地熱地質調查成果形成、地熱開發(fā)利用技術進步及社會認可等因素，共同促進我國地熱產業(yè)不斷發(fā)展壯大。從圖2對比可以看出，北京市地源熱泵項目隨著社會經濟發(fā)展而增長。未來，在經濟、技術條件適宜時期，可以著力擴大干熱巖、中低溫發(fā)電等技術推廣。

3.3 因事制宜

（1）用途不同

我國絕大多數地熱資源屬于中低溫地熱資源，以直接利用為主，用途包括建筑供暖/制冷、農業(yè)種養(yǎng)殖、溫泉旅游養(yǎng)生等。不同的用途對地熱利用的要求也不同。因此，還要“因事而異”，除了地熱水資源的物理因素，水溫、水量等，還要考慮化學成分是否適宜，結垢、微量元素指標等。要以地熱資源條件為基礎，選擇科學合理的應用方式，實現多種功能。

而一些品質優(yōu)良的地熱水資源溫度較高，采用梯級利用的方式可以同時滿足發(fā)電、供熱（冷）等多種用途。一方面，提高了地熱資源的利用率，單位水量供能量增大，系統效率提升；另一方面，使地熱水用途更加廣泛，多種溫度需求可以同時滿足。因此，地熱梯級利用是要大力推廣的一種好方式。

（2）技術不同

在區(qū)域資源、經濟條件和用能需求均滿足的前提下，從技術層面來講，地熱開采過程中需考慮地上、地下兩方面問題：

第一，地下水、熱的動態(tài)平衡最重要。對于不抽取地下水的地熱能開發(fā)，如地埋管地源熱泵系統、中深層套管換熱等，需要考慮地下熱平衡問題，即全年運行以及運行季中地下凈取熱量和自然補給熱之間的關系，地層溫變應控制在合理的范圍內，避免系統能效下降嚴重；同時，地下水流動對地埋管換熱影響問題也需考慮。對于抽取地下水的地熱能開發(fā)除了熱量補給問題，還需考慮水量補給問題，回灌補給和自然補給能否滿足開采需要；控制水位下降速率，才能確保持續(xù)開采。以上兩種開采方式還應在開采區(qū)域面積和換熱影響半徑基礎上，考慮換熱孔的地下空間布局問題。

第二，關于地上設備選配問題。“馬”與“車”要匹配，在機組供能量、水泵揚程、管路流量、換熱器換熱量等滿足前提下的最集約、節(jié)約配置才是設備選配的最佳方案。系統初投資降低，運行能效提升。例如，業(yè)內提出的熱泵“小流量大溫差”供能方式，可以節(jié)約初投資，但關于能效問題，在供、取兩端是否都適宜，也因不同項目而異。

3.4 科學管控提供保障

科學的管控手段才是地熱產業(yè)續(xù)航的有效保障。技術支撐管理進步，管理促進技術發(fā)展，才是良好的互動關系。具體要做好3個方面的工作：

第一，做好智能控制。優(yōu)化系統運行，運行工況與末端需求、熱源側熱交換相匹配，降低運行成本及能耗，實現自動智能管理。

第二，做好監(jiān)測系統。完善地上運行和地質環(huán)境監(jiān)測，能夠在運行過程中隨時發(fā)現問題。以長期監(jiān)測數據為支撐，為科學管理提供服務。

第三，做好政府管理。明確地熱資源的歸口管理部門，做到管理統一化；政策、規(guī)劃出臺以數據為支撐，做到決策科學化；行政審批減少環(huán)節(jié)，做到項目落地便捷化。

4、結論

（1）通過實踐證明，地熱能的電、熱、冷等多種供能形式，是可以作為區(qū)域能源的主力的，或某一方面的主力；同時，也可以作為其他能源形式（如分布式能源系統）的有效補充。

（2）發(fā)展區(qū)域能源的“初心”是提升用能的經濟和環(huán)境效益，應充分利用區(qū)域可再生能源稟賦條件，與區(qū)域地熱能有機結合，統籌能源規(guī)劃與利用，提高可再生能源的利用率。

（3）我國地熱開發(fā)利用規(guī)模居世界領先，但技術和管理上還存在一定差距。作為區(qū)域能源利用的地熱能的開發(fā)需遵循普遍性原則,扎實做好基礎性工作，科學合理利用地熱資源。