0 引言

隨著全球氣候變暖與環境污染問題日益嚴峻, 可再生能源替代化石能源已成為全球能源發展的必然趨勢。地熱能憑借儲量豐富、穩定性強、碳排放低等獨特優勢,被聯合國列為未來能源體系的核心組成部分之一。據國際能源署(IEA)及相關科研機構估算,全球地熱資源能夠滿足人類2億年的能源需求。我國地熱能資源稟賦優越,淺層地熱能可利用資源量相當于每年190億噸標準煤,水熱型地熱資源年可采量約6.4億噸標準煤,開發利用潛力巨大。近年來,我國相繼出臺《地熱能開發利用管理辦法》 《“十四五”可再生能源發展規劃》等政策文件,明確提出到2025年地熱能開發利用規模達到1億噸標準煤的目標,推動地熱能的規模化應用。

標準作為行業發展的技術基礎與規范保障,是衡量地熱能開發利用水平的核心標尺。完善的標準體系能夠規范市場秩序、降低技術風險、提高資源利用效率,促進行業健康可持續發展。然而,當前我國地熱能產業面臨技術應用水平參差不齊、資源浪費嚴重、工程質量隱患等問題,其根源在于標準體系不完善、實施監管不到位等深層次矛盾。因此, 系統分析地熱能開發利用標準的現狀與問題,借鑒國際先進經驗,構建科學合理的標準體系,對于推動中國地熱能產業規范化、規模化、國際化發展具有重要的理論與實踐意義。

1 地熱能開發利用現狀

地熱能的開發利用主要包括發電和直接利用, 其中溫度較高的地熱資源主要用于發電,中低溫型地熱資源主要為直接利用。此外,近年來非常規地熱系統(UGS)也是一些專家學者的研究熱點。希望能利用溫度更高的地熱資源。

1.1 地熱發電

“十三五”期間,全球利用地熱資源進行發電的項目投資為103.67億美元,這些項目主要集中在土耳其、美國、肯尼亞、印度尼西亞等國家,截至目前美國是地熱發電裝機容量最大的國家,印度尼西亞則擁有著裝機容量排名世界前四的地熱發電廠。受光伏發電、風力發電影響,十四五期間全球地熱發電增長率較十三五期間下降約7%。我國開發地熱發電項目起步于20世紀70年代初,在江西、廣東等地建設了一批示范項目,較為成功的則是1977年開始建設的西藏羊八井中高溫地熱發電示范電站,這也是我國第一個中高溫地熱發電項目。

1.2 地熱直接利用

地熱直接利用的方式按利用量主要包括地源熱泵、洗浴和游泳、空間供暖、溫室供暖、養殖業、 工業。地源熱泵和空間供暖方面近年來發展迅速, 主要分布在是中國、冰島、土耳其、美國等一些國家; 溫室供暖主要用于農業,包括反季節種植價值較高的蔬菜、水果、花卉及育苗等;養殖業方面則是魚類、蝦類、育苗過冬等;洗浴和游泳常見于一些溫泉康養項目,工業方面主要用于紡織印染業、糧食烘干、造紙、制革及碘、硼、硫等礦物質提取利用。

1.3 非常規地熱系統(UGS)

非常規地熱系統(UGS)主要包括干熱巖系統 (HDR)、增強型地熱系統(EGS)和超臨界地熱系統(SGS)。其中干熱巖系統主要是對具有滲透性、 儲熱量大的巖石進行壓裂形成的人造地熱系統,目前仍停留在試驗探索階段;增強型地熱系統主要是通過水力、熱力或化學刺激擴大熱儲層低滲透巖石的滲透性,向熱儲層注入地表水通過與巖石換熱、循環至地表實現熱能利用,目前僅有國外少數的項目在成功運行;超臨界地熱系統則主要指溫度達到上百度,內部流體達到超臨界狀態,單位體積流體蘊含的能量為常規高溫系統的5~10倍,目前處于理論研究和實驗探索階段。

2 國外地熱能標準建設情況

全球地熱能開發利用標準建設起步較早,美國、新西蘭、土耳其等地熱資源大國已形成較為完善的標準體系。

2.1 國際地熱能標準發展現狀

國際標準化組織(ISO/TC180、地熱能源技術委員會)主導全球地熱能標準制定工作,截至 2025年已發布《地熱資源勘查指南》《地熱鉆井質量控制》《地熱發電系統性能測試》等國際標準, 覆蓋資源勘查、工程建設、設備制造、發電利用等核心環節。此外,歐洲標準化委員會(CEN)、美國材料與試驗協會(ASTM)等區域組織也制定了一系列區域性標準,形成了“國際標準—區域標準— 國家標準”相互補充的格局。

2.2 美國

美國是全球地熱能標準最完善的國家之一,形成了由政府部門、行業協會、科研機構共同參與的標準制定機制。政府層面制定了《地熱資源開發法》、 《地熱安全管理條例》等法規,為標準實施提供法律保障;行業層面,美國地熱協會(GEA)聯合美國地質調查局(USGS)制定了《地熱資源評價方法》、《地熱供暖系統技術規范》等20余項行業標準, 涵蓋全產業鏈各個環節。在技術標準方面,美國注重細節規范,例如《地熱鉆井工程標準》對鉆井液配方、固井技術、井身結構等提出了具體要求,鉆井成功率達到95%以上,遠高于全球平均水平。

2.3 新西蘭

新西蘭以地熱發電和溫泉旅游為核心產業,其標準體系側重于環保與可持續性。如《地熱資源管理條例》明確要求所有地熱開發項目必須進行環境影響評估,并制定資源保護方案;《地熱發電站環保標準》則對廢水排放、溫室氣體排放等指標提出了嚴格要求,廢水處理后水質需達到飲用水標準才能排放。此外,針對干熱巖發電技術制定了專門的《干熱巖資源開發標準》,力求推動其快速商業化應用。

2.4 土耳其

土耳其是歐洲地熱供暖規模最大的國家,標準體系聚焦于供暖技術的規范化。如《地熱集中供暖系統技術規范》對系統設計、設備選型、施工安裝等環節提出了詳細要求,規定地熱換熱器的換熱效率不低于85%,系統運行能耗不高于傳統供暖系統的30%。同時,土耳其建立了由能源與自然資源部負責標準執行監督的嚴格監管機制,對違規項目處以高額罰款,確保標準有效落地。

3 我國地熱能標準建設情況

3.1 我國地熱能標準體系建設歷程

我國地熱能標準建設始建于20世紀80年代, 大致可分為三個階段:1980~2000年為起步階段,主要制定了《地熱資源地質勘探規范》《地熱電站設計規范》等少數基礎性標準,以滿足早期地熱發電項目的需求。 2001~2015年為發展階段,隨著地熱供暖技術的推廣應用,制定了《地源熱泵系統工程技術規范》《地熱供暖系統技術要求》等應用類標準,標準數量逐步增加。2016年至今為快速發展階段,在國家政策推動下,標準體系不斷完善,鑒于部分標準處于征求意見或未正式發布階段,截至2024年,已發布國家標準23項、行業標準35項、地方標準58項, 初步形成了覆蓋資源勘查、工程建設、設備制造、 安全環保等環節的標準體系。

3.2 資源勘查領域標準

資源勘察方面已發布《地熱資源地質勘查規范》 (GB/T 11615—2010)、《地熱田勘查評價規范》(NB/ T 10697—2021)等核心標準,明確了地熱資源勘查的技術要求、評價方法與報告編制規范,規定了地熱勘查的工作程度、勘查精度、樣品測試項目等內容,為資源評估提供了技術依據。然而,缺失干熱巖開發技術等新技術及對高精度地球物理勘探技術的規范。

3.3 工程建設領域標準

工程建設方面形成了《地熱能利用工程技術規范》(GB/T 51350—2019)、《地熱鉆井工程技術規范》(SY/T 6519—2021)等系列標準,覆蓋地熱井鉆井工程、供暖站換熱系統、供暖工程等環節。標準對工程設計參數、施工工藝、質量控制等提出了要求,但實際實施過程中存在不同地質適配性較低、 監管標準不完善等問題。

3.4 設備制造領域標準

設備制造方面發布了《地熱換熱器》(GB/ T 27941—2011)、《水(地)源熱泵機組》(GB/ T 19409—2013)等標準,對設備性能、檢測方法等提出了要求。如地熱換熱器的傳熱系數不低于 300 W/(m2·℃),地源熱泵機組的COP值在額定工況下不低于4.2,但對關鍵零部件如換熱器、壓縮機等缺少要求,從而導致部分核心部件依賴進口。

3.5 安全環保領域標準

安全環保方面形成了《地熱能開發安全技術規范》(AQ/T 4275—2016)、《地熱開發利用污染物排放標準》(GB/T 30966—2014)等標準,對安全防護、廢水處理、生態保護等提出了要求。規定了地熱開發項目必須設置安全監測系統,廢水排放需達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級A標準。但存在缺乏對地熱回灌的環保要求、環境風險評估標準不完善等不足。

3.6 區域標準實施現狀

我國地熱能標準實施呈現明顯的“北強南弱” 的區域不均衡特征,北方供暖用熱大省如山東、河北、遼寧等省份已形成了從勘查、設計、施工到運營較為完善的地方標準體系;南方地區因年平均氣溫較高,地熱應用仍處于起步階段,標準實施相對滯后,如廣東、廣西、福建等省份地方標準數量較少,且主要集中在度假、康養等領域;此外,中西部地區因技術水平與經濟實力有限,標準建立與執行均存在不足,企業對標準的認知度較低,部分項目存在違規開發現象。

4 建議

隨著全球能源結構轉型加速與我國“雙碳”目標的推進,地熱能產業處于快速發展期,相關標準規范在加速出臺,結合上文對國內外地熱能開發利用標準現狀分析認為,我國地熱能標準體系在監管有效性、產業適配性、新技術發展方面有待提高。

(1)強化標準宣貫培訓及實施監管,健全監督檢查機制,標準不完善或執行不到位則會導致項目投資損失、資源浪費、環境破壞等嚴重后果。

(2)補齊關鍵基礎方面標準,重點關注國家政策方向、產業發展方向,提高標準與產業實際需求的適配性,從而更好地助力地熱產業發展。

(3)關注干熱巖發電、地熱梯級利用、地熱儲能等新技術新技術發展速度,加快制定相關標準, 推動新技術快速商業化應用。