地热能开发利用标准现状分析

0 引言

随着全球气候变暖与环境污染问题日益严峻, 可再生能源替代化石能源已成为全球能源发展的必然趋势。地热能凭借储量丰富、稳定性强、碳排放低等独特优势,被联合国列为未来能源体系的核心组成部分之一。据国际能源署(IEA)及相关科研机构估算,全球地热资源能够满足人类2亿年的能源需求。我国地热能资源禀赋优越,浅层地热能可利用资源量相当于每年190亿吨标准煤,水热型地热资源年可采量约6.4亿吨标准煤,开发利用潜力巨大。近年来,我国相继出台《地热能开发利用管理办法》 《“十四五”可再生能源发展规划》等政策文件,明确提出到2025年地热能开发利用规模达到1亿吨标准煤的目标,推动地热能的规模化应用。

标准作为行业发展的技术基础与规范保障,是衡量地热能开发利用水平的核心标尺。完善的标准体系能够规范市场秩序、降低技术风险、提高资源利用效率,促进行业健康可持续发展。然而,当前我国地热能产业面临技术应用水平参差不齐、资源浪费严重、工程质量隐患等问题,其根源在于标准体系不完善、实施监管不到位等深层次矛盾。因此, 系统分析地热能开发利用标准的现状与问题,借鉴国际先进经验,构建科学合理的标准体系,对于推动中国地热能产业规范化、规模化、国际化发展具有重要的理论与实践意义。

1 地热能开发利用现状

地热能的开发利用主要包括发电和直接利用, 其中温度较高的地热资源主要用于发电,中低温型地热资源主要为直接利用。此外,近年来非常规地热系统(UGS)也是一些专家学者的研究热点。希望能利用温度更高的地热资源。

1.1 地热发电

“十三五”期间,全球利用地热资源进行发电的项目投资为103.67亿美元,这些项目主要集中在土耳其、美国、肯尼亚、印度尼西亚等国家,截至目前美国是地热发电装机容量最大的国家,印度尼西亚则拥有着装机容量排名世界前四的地热发电厂。受光伏发电、风力发电影响,十四五期间全球地热发电增长率较十三五期间下降约7%。我国开发地热发电项目起步于20世纪70年代初,在江西、广东等地建设了一批示范项目,较为成功的则是1977年开始建设的西藏羊八井中高温地热发电示范电站,这也是我国第一个中高温地热发电项目。

1.2 地热直接利用

地热直接利用的方式按利用量主要包括地源热泵、洗浴和游泳、空间供暖、温室供暖、养殖业、 工业。地源热泵和空间供暖方面近年来发展迅速, 主要分布在是中国、冰岛、土耳其、美国等一些国家; 温室供暖主要用于农业,包括反季节种植价值较高的蔬菜、水果、花卉及育苗等;养殖业方面则是鱼类、虾类、育苗过冬等;洗浴和游泳常见于一些温泉康养项目,工业方面主要用于纺织印染业、粮食烘干、造纸、制革及碘、硼、硫等矿物质提取利用。

1.3 非常规地热系统(UGS)

非常规地热系统(UGS)主要包括干热岩系统 (HDR)、增强型地热系统(EGS)和超临界地热系统(SGS)。其中干热岩系统主要是对具有渗透性、 储热量大的岩石进行压裂形成的人造地热系统,目前仍停留在试验探索阶段;增强型地热系统主要是通过水力、热力或化学刺激扩大热储层低渗透岩石的渗透性,向热储层注入地表水通过与岩石换热、循环至地表实现热能利用,目前仅有国外少数的项目在成功运行;超临界地热系统则主要指温度达到上百度,内部流体达到超临界状态,单位体积流体蕴含的能量为常规高温系统的5~10倍,目前处于理论研究和实验探索阶段。

2 国外地热能标准建设情况

全球地热能开发利用标准建设起步较早,美国、新西兰、土耳其等地热资源大国已形成较为完善的标准体系。

2.1 国际地热能标准发展现状

国际标准化组织(ISO/TC180、地热能源技术委员会)主导全球地热能标准制定工作,截至 2025年已发布《地热资源勘查指南》《地热钻井质量控制》《地热发电系统性能测试》等国际标准, 覆盖资源勘查、工程建设、设备制造、发电利用等核心环节。此外,欧洲标准化委员会(CEN)、美国材料与试验协会(ASTM)等区域组织也制定了一系列区域性标准,形成了“国际标准—区域标准— 国家标准”相互补充的格局。

2.2 美国

美国是全球地热能标准最完善的国家之一,形成了由政府部门、行业协会、科研机构共同参与的标准制定机制。政府层面制定了《地热资源开发法》、 《地热安全管理条例》等法规,为标准实施提供法律保障;行业层面,美国地热协会(GEA)联合美国地质调查局(USGS)制定了《地热资源评价方法》、《地热供暖系统技术规范》等20余项行业标准, 涵盖全产业链各个环节。在技术标准方面,美国注重细节规范,例如《地热钻井工程标准》对钻井液配方、固井技术、井身结构等提出了具体要求,钻井成功率达到95%以上,远高于全球平均水平。

2.3 新西兰

新西兰以地热发电和温泉旅游为核心产业,其标准体系侧重于环保与可持续性。如《地热资源管理条例》明确要求所有地热开发项目必须进行环境影响评估,并制定资源保护方案;《地热发电站环保标准》则对废水排放、温室气体排放等指标提出了严格要求,废水处理后水质需达到饮用水标准才能排放。此外,针对干热岩发电技术制定了专门的《干热岩资源开发标准》,力求推动其快速商业化应用。

2.4 土耳其

土耳其是欧洲地热供暖规模最大的国家,标准体系聚焦于供暖技术的规范化。如《地热集中供暖系统技术规范》对系统设计、设备选型、施工安装等环节提出了详细要求,规定地热换热器的换热效率不低于85%,系统运行能耗不高于传统供暖系统的30%。同时,土耳其建立了由能源与自然资源部负责标准执行监督的严格监管机制,对违规项目处以高额罚款,确保标准有效落地。

3 我国地热能标准建设情况

3.1 我国地热能标准体系建设历程

我国地热能标准建设始建于20世纪80年代, 大致可分为三个阶段:1980~2000年为起步阶段,主要制定了《地热资源地质勘探规范》《地热电站设计规范》等少数基础性标准,以满足早期地热发电项目的需求。 2001~2015年为发展阶段,随着地热供暖技术的推广应用,制定了《地源热泵系统工程技术规范》《地热供暖系统技术要求》等应用类标准,标准数量逐步增加。2016年至今为快速发展阶段,在国家政策推动下,标准体系不断完善,鉴于部分标准处于征求意见或未正式发布阶段,截至2024年,已发布国家标准23项、行业标准35项、地方标准58项, 初步形成了覆盖资源勘查、工程建设、设备制造、 安全环保等环节的标准体系。

3.2 资源勘查领域标准

资源勘察方面已发布《地热资源地质勘查规范》 (GB/T 11615—2010)、《地热田勘查评价规范》(NB/ T 10697—2021)等核心标准,明确了地热资源勘查的技术要求、评价方法与报告编制规范,规定了地热勘查的工作程度、勘查精度、样品测试项目等内容,为资源评估提供了技术依据。然而,缺失干热岩开发技术等新技术及对高精度地球物理勘探技术的规范。

3.3 工程建设领域标准

工程建设方面形成了《地热能利用工程技术规范》(GB/T 51350—2019)、《地热钻井工程技术规范》(SY/T 6519—2021)等系列标准,覆盖地热井钻井工程、供暖站换热系统、供暖工程等环节。标准对工程设计参数、施工工艺、质量控制等提出了要求,但实际实施过程中存在不同地质适配性较低、 监管标准不完善等问题。

3.4 设备制造领域标准

设备制造方面发布了《地热换热器》(GB/ T 27941—2011)、《水(地)源热泵机组》(GB/ T 19409—2013)等标准,对设备性能、检测方法等提出了要求。如地热换热器的传热系数不低于 300 W/(m2·℃),地源热泵机组的COP值在额定工况下不低于4.2,但对关键零部件如换热器、压缩机等缺少要求,从而导致部分核心部件依赖进口。

3.5 安全环保领域标准

安全环保方面形成了《地热能开发安全技术规范》(AQ/T 4275—2016)、《地热开发利用污染物排放标准》(GB/T 30966—2014)等标准,对安全防护、废水处理、生态保护等提出了要求。规定了地热开发项目必须设置安全监测系统,废水排放需达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准。但存在缺乏对地热回灌的环保要求、环境风险评估标准不完善等不足。

3.6 区域标准实施现状

我国地热能标准实施呈现明显的“北强南弱” 的区域不均衡特征,北方供暖用热大省如山东、河北、辽宁等省份已形成了从勘查、设计、施工到运营较为完善的地方标准体系;南方地区因年平均气温较高,地热应用仍处于起步阶段,标准实施相对滞后,如广东、广西、福建等省份地方标准数量较少,且主要集中在度假、康养等领域;此外,中西部地区因技术水平与经济实力有限,标准建立与执行均存在不足,企业对标准的认知度较低,部分项目存在违规开发现象。

4 建议

随着全球能源结构转型加速与我国“双碳”目标的推进,地热能产业处于快速发展期,相关标准规范在加速出台,结合上文对国内外地热能开发利用标准现状分析认为,我国地热能标准体系在监管有效性、产业适配性、新技术发展方面有待提高。

(1)强化标准宣贯培训及实施监管,健全监督检查机制,标准不完善或执行不到位则会导致项目投资损失、资源浪费、环境破坏等严重后果。

(2)补齐关键基础方面标准,重点关注国家政策方向、产业发展方向,提高标准与产业实际需求的适配性,从而更好地助力地热产业发展。

(3)关注干热岩发电、地热梯级利用、地热储能等新技术新技术发展速度,加快制定相关标准, 推动新技术快速商业化应用。