0 引言

隨著全球氣候變暖與環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻, 可再生能源替代化石能源已成為全球能源發(fā)展的必然趨勢(shì)。地?zé)崮?/a>憑借儲(chǔ)量豐富、穩(wěn)定性強(qiáng)、碳排放低等獨(dú)特優(yōu)勢(shì),被聯(lián)合國(guó)列為未來(lái)能源體系的核心組成部分之一。據(jù)國(guó)際能源署(IEA)及相關(guān)科研機(jī)構(gòu)估算,全球地?zé)豳Y源能夠滿足人類2億年的能源需求。我國(guó)地?zé)崮苜Y源稟賦優(yōu)越,淺層地?zé)崮?/a>可利用資源量相當(dāng)于每年190億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,水熱型地?zé)豳Y源年可采量約6.4億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,開(kāi)發(fā)利用潛力巨大。近年來(lái),我國(guó)相繼出臺(tái)《地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用管理辦法》 《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》等政策文件,明確提出到2025年地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用規(guī)模達(dá)到1億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的目標(biāo),推動(dòng)地?zé)崮?/a>的規(guī)?；瘧?yīng)用。

標(biāo)準(zhǔn)作為行業(yè)發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)與規(guī)范保障,是衡量地熱能開(kāi)發(fā)利用水平的核心標(biāo)尺。完善的標(biāo)準(zhǔn)體系能夠規(guī)范市場(chǎng)秩序、降低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、提高資源利用效率,促進(jìn)行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。然而,當(dāng)前我國(guó)地?zé)崮墚a(chǎn)業(yè)面臨技術(shù)應(yīng)用水平參差不齊、資源浪費(fèi)嚴(yán)重、工程質(zhì)量隱患等問(wèn)題,其根源在于標(biāo)準(zhǔn)體系不完善、實(shí)施監(jiān)管不到位等深層次矛盾。因此, 系統(tǒng)分析地熱能開(kāi)發(fā)利用標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀與問(wèn)題,借鑒國(guó)際先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),構(gòu)建科學(xué)合理的標(biāo)準(zhǔn)體系,對(duì)于推動(dòng)中國(guó)地?zé)崮?/a>產(chǎn)業(yè)規(guī)范化、規(guī)模化、國(guó)際化發(fā)展具有重要的理論與實(shí)踐意義。

1 地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀

地?zé)崮艿拈_(kāi)發(fā)利用主要包括發(fā)電和直接利用, 其中溫度較高的地?zé)豳Y源主要用于發(fā)電,中低溫型地?zé)?/a>資源主要為直接利用。此外,近年來(lái)非常規(guī)地?zé)嵯到y(tǒng)(UGS)也是一些專家學(xué)者的研究熱點(diǎn)。希望能利用溫度更高的地?zé)?/a>資源。

1.1 地?zé)岚l(fā)電

“十三五”期間,全球利用地?zé)豳Y源進(jìn)行發(fā)電的項(xiàng)目投資為103.67億美元,這些項(xiàng)目主要集中在土耳其、美國(guó)、肯尼亞、印度尼西亞等國(guó)家,截至目前美國(guó)是地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)容量最大的國(guó)家,印度尼西亞則擁有著裝機(jī)容量排名世界前四的地?zé)?/a>發(fā)電廠。受光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電影響,十四五期間全球地?zé)岚l(fā)電增長(zhǎng)率較十三五期間下降約7%。我國(guó)開(kāi)發(fā)地?zé)?/a>發(fā)電項(xiàng)目起步于20世紀(jì)70年代初,在江西、廣東等地建設(shè)了一批示范項(xiàng)目,較為成功的則是1977年開(kāi)始建設(shè)的西藏羊八井中高溫地?zé)岚l(fā)電示范電站,這也是我國(guó)第一個(gè)中高溫地?zé)岚l(fā)電項(xiàng)目。

1.2 地?zé)嶂苯永?/a>

地?zé)嶂苯永?/a>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(yǎng)殖業(yè)、 工業(yè)。地源熱泵和空間供暖方面近年來(lái)發(fā)展迅速, 主要分布在是中國(guó)、冰島、土耳其、美國(guó)等一些國(guó)家; 溫室供暖主要用于農(nóng)業(yè),包括反季節(jié)種植價(jià)值較高的蔬菜、水果、花卉及育苗等;養(yǎng)殖業(yè)方面則是魚(yú)類、蝦類、育苗過(guò)冬等;洗浴和游泳常見(jiàn)于一些溫泉康養(yǎng)項(xiàng)目,工業(yè)方面主要用于紡織印染業(yè)、糧食烘干、造紙、制革及碘、硼、硫等礦物質(zhì)提取利用。

1.3 非常規(guī)地?zé)嵯到y(tǒng)(UGS)

非常規(guī)地?zé)嵯到y(tǒng)(UGS)主要包括干熱巖系統(tǒng) (HDR)、增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)(EGS)和超臨界地?zé)?/a>系統(tǒng)(SGS)。其中干熱巖系統(tǒng)主要是對(duì)具有滲透性、 儲(chǔ)熱量大的巖石進(jìn)行壓裂形成的人造地?zé)嵯到y(tǒng),目前仍停留在試驗(yàn)探索階段;增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)主要是通過(guò)水力、熱力或化學(xué)刺激擴(kuò)大熱儲(chǔ)層低滲透巖石的滲透性,向熱儲(chǔ)層注入地表水通過(guò)與巖石換熱、循環(huán)至地表實(shí)現(xiàn)熱能利用,目前僅有國(guó)外少數(shù)的項(xiàng)目在成功運(yùn)行;超臨界地?zé)?/a>系統(tǒng)則主要指溫度達(dá)到上百度,內(nèi)部流體達(dá)到超臨界狀態(tài),單位體積流體蘊(yùn)含的能量為常規(guī)高溫系統(tǒng)的5~10倍,目前處于理論研究和實(shí)驗(yàn)探索階段。

2 國(guó)外地熱能標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)情況

全球地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)起步較早,美國(guó)、新西蘭、土耳其等地?zé)豳Y源大國(guó)已形成較為完善的標(biāo)準(zhǔn)體系。

2.1 國(guó)際地?zé)崮?/a>標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO/TC180、地?zé)崮茉?/a>技術(shù)委員會(huì))主導(dǎo)全球地?zé)崮?/a>標(biāo)準(zhǔn)制定工作,截至 2025年已發(fā)布《地?zé)豳Y源勘查指南》《地?zé)徙@井質(zhì)量控制》《地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)性能測(cè)試》等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn), 覆蓋資源勘查、工程建設(shè)、設(shè)備制造、發(fā)電利用等核心環(huán)節(jié)。此外,歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)(CEN)、美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)(ASTM)等區(qū)域組織也制定了一系列區(qū)域性標(biāo)準(zhǔn),形成了“國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)—區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)— 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)”相互補(bǔ)充的格局。

2.2 美國(guó)

美國(guó)是全球地熱能標(biāo)準(zhǔn)最完善的國(guó)家之一,形成了由政府部門(mén)、行業(yè)協(xié)會(huì)、科研機(jī)構(gòu)共同參與的標(biāo)準(zhǔn)制定機(jī)制。政府層面制定了《地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)法》、 《地?zé)?/a>安全管理?xiàng)l例》等法規(guī),為標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施提供法律保障;行業(yè)層面,美國(guó)地?zé)釁f(xié)會(huì)(GEA)聯(lián)合美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)制定了《地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)方法》、《地?zé)峁┡到y(tǒng)技術(shù)規(guī)范》等20余項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn), 涵蓋全產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)。在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面,美國(guó)注重細(xì)節(jié)規(guī)范,例如《地?zé)徙@井工程標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)鉆井液配方、固井技術(shù)、井身結(jié)構(gòu)等提出了具體要求,鉆井成功率達(dá)到95%以上,遠(yuǎn)高于全球平均水平。

2.3 新西蘭

新西蘭以地?zé)岚l(fā)電和溫泉旅游為核心產(chǎn)業(yè),其標(biāo)準(zhǔn)體系側(cè)重于環(huán)保與可持續(xù)性。如《地?zé)豳Y源管理條例》明確要求所有地?zé)衢_(kāi)發(fā)項(xiàng)目必須進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)估,并制定資源保護(hù)方案;《地?zé)岚l(fā)電站環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)》則對(duì)廢水排放、溫室氣體排放等指標(biāo)提出了嚴(yán)格要求,廢水處理后水質(zhì)需達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)才能排放。此外,針對(duì)干熱巖發(fā)電技術(shù)制定了專門(mén)的《干熱巖資源開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》,力求推動(dòng)其快速商業(yè)化應(yīng)用。

2.4 土耳其

土耳其是歐洲地?zé)峁┡?/a>規(guī)模最大的國(guó)家,標(biāo)準(zhǔn)體系聚焦于供暖技術(shù)的規(guī)范化。如《地?zé)峒泄┡?/a>系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、施工安裝等環(huán)節(jié)提出了詳細(xì)要求,規(guī)定地?zé)?a href="http://sdxhtgg.com/t/換熱器.html" >換熱器的換熱效率不低于85%,系統(tǒng)運(yùn)行能耗不高于傳統(tǒng)供暖系統(tǒng)的30%。同時(shí),土耳其建立了由能源與自然資源部負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行監(jiān)督的嚴(yán)格監(jiān)管機(jī)制,對(duì)違規(guī)項(xiàng)目處以高額罰款,確保標(biāo)準(zhǔn)有效落地。

3 我國(guó)地熱能標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)情況

3.1 我國(guó)地?zé)崮?a href="http://sdxhtgg.com/t/標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè).html" >標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)歷程

我國(guó)地?zé)崮軜?biāo)準(zhǔn)建設(shè)始建于20世紀(jì)80年代, 大致可分為三個(gè)階段:1980~2000年為起步階段,主要制定了《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘探規(guī)范》《地?zé)犭娬?/a>設(shè)計(jì)規(guī)范》等少數(shù)基礎(chǔ)性標(biāo)準(zhǔn),以滿足早期地?zé)岚l(fā)電項(xiàng)目的需求。 2001~2015年為發(fā)展階段,隨著地?zé)峁┡?/a>技術(shù)的推廣應(yīng)用,制定了《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》《地?zé)峁┡到y(tǒng)技術(shù)要求》等應(yīng)用類標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量逐步增加。2016年至今為快速發(fā)展階段,在國(guó)家政策推動(dòng)下,標(biāo)準(zhǔn)體系不斷完善,鑒于部分標(biāo)準(zhǔn)處于征求意見(jiàn)或未正式發(fā)布階段,截至2024年,已發(fā)布國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)23項(xiàng)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)35項(xiàng)、地方標(biāo)準(zhǔn)58項(xiàng), 初步形成了覆蓋資源勘查、工程建設(shè)、設(shè)備制造、 安全環(huán)保等環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)體系。

3.2 資源勘查領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)

資源勘察方面已發(fā)布《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》 (GB/T 11615—2010)、《地?zé)崽?/a>勘查評(píng)價(jià)規(guī)范》(NB/ T 10697—2021)等核心標(biāo)準(zhǔn),明確了地?zé)豳Y源勘查的技術(shù)要求、評(píng)價(jià)方法與報(bào)告編制規(guī)范,規(guī)定了地?zé)峥辈?/a>的工作程度、勘查精度、樣品測(cè)試項(xiàng)目等內(nèi)容,為資源評(píng)估提供了技術(shù)依據(jù)。然而,缺失干熱巖開(kāi)發(fā)技術(shù)等新技術(shù)及對(duì)高精度地球物理勘探技術(shù)的規(guī)范。

3.3 工程建設(shè)領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)

工程建設(shè)方面形成了《地?zé)崮芾?/a>工程技術(shù)規(guī)范》(GB/T 51350—2019)、《地?zé)徙@井工程技術(shù)規(guī)范》(SY/T 6519—2021)等系列標(biāo)準(zhǔn),覆蓋地?zé)峋?/a>鉆井工程、供暖站換熱系統(tǒng)、供暖工程等環(huán)節(jié)。標(biāo)準(zhǔn)對(duì)工程設(shè)計(jì)參數(shù)、施工工藝、質(zhì)量控制等提出了要求,但實(shí)際實(shí)施過(guò)程中存在不同地質(zhì)適配性較低、 監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)不完善等問(wèn)題。

3.4 設(shè)備制造領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)備制造方面發(fā)布了《地?zé)?a href="http://sdxhtgg.com/t/換熱器.html" >換熱器》(GB/ T 27941—2011)、《水(地)源熱泵機(jī)組》(GB/ T 19409—2013)等標(biāo)準(zhǔn),對(duì)設(shè)備性能、檢測(cè)方法等提出了要求。如地?zé)?a href="http://sdxhtgg.com/t/換熱器.html" >換熱器的傳熱系數(shù)不低于 300 W/(m2·℃),地源熱泵機(jī)組的COP值在額定工況下不低于4.2,但對(duì)關(guān)鍵零部件如換熱器、壓縮機(jī)等缺少要求,從而導(dǎo)致部分核心部件依賴進(jìn)口。

3.5 安全環(huán)保領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)

安全環(huán)保方面形成了《地?zé)崮?a href="http://sdxhtgg.com/t/開(kāi)發(fā).html" >開(kāi)發(fā)安全技術(shù)規(guī)范》(AQ/T 4275—2016)、《地?zé)衢_(kāi)發(fā)利用污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 30966—2014)等標(biāo)準(zhǔn),對(duì)安全防護(hù)、廢水處理、生態(tài)保護(hù)等提出了要求。規(guī)定了地?zé)衢_(kāi)發(fā)項(xiàng)目必須設(shè)置安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng),廢水排放需達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。但存在缺乏對(duì)地?zé)峄毓?/a>的環(huán)保要求、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)不完善等不足。

3.6 區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施現(xiàn)狀

我國(guó)地?zé)崮軜?biāo)準(zhǔn)實(shí)施呈現(xiàn)明顯的“北強(qiáng)南弱” 的區(qū)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(shè)計(jì)、施工到運(yùn)營(yíng)較為完善的地方標(biāo)準(zhǔn)體系;南方地區(qū)因年平均氣溫較高,地?zé)釕?yīng)用仍處于起步階段,標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施相對(duì)滯后,如廣東、廣西、福建等省份地方標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量較少,且主要集中在度假、康養(yǎng)等領(lǐng)域;此外,中西部地區(qū)因技術(shù)水平與經(jīng)濟(jì)實(shí)力有限,標(biāo)準(zhǔn)建立與執(zhí)行均存在不足,企業(yè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)知度較低,部分項(xiàng)目存在違規(guī)開(kāi)發(fā)現(xiàn)象。

4 建議

隨著全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型加速與我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的推進(jìn),地?zé)崮墚a(chǎn)業(yè)處于快速發(fā)展期,相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范在加速出臺(tái),結(jié)合上文對(duì)國(guó)內(nèi)外地?zé)崮?a href="http://sdxhtgg.com/t/開(kāi)發(fā)利用.html" >開(kāi)發(fā)利用標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀分析認(rèn)為,我國(guó)地?zé)崮軜?biāo)準(zhǔn)體系在監(jiān)管有效性、產(chǎn)業(yè)適配性、新技術(shù)發(fā)展方面有待提高。

(1)強(qiáng)化標(biāo)準(zhǔn)宣貫培訓(xùn)及實(shí)施監(jiān)管,健全監(jiān)督檢查機(jī)制,標(biāo)準(zhǔn)不完善或執(zhí)行不到位則會(huì)導(dǎo)致項(xiàng)目投資損失、資源浪費(fèi)、環(huán)境破壞等嚴(yán)重后果。

(2)補(bǔ)齊關(guān)鍵基礎(chǔ)方面標(biāo)準(zhǔn),重點(diǎn)關(guān)注國(guó)家政策方向、產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向,提高標(biāo)準(zhǔn)與產(chǎn)業(yè)實(shí)際需求的適配性,從而更好地助力地?zé)岙a(chǎn)業(yè)發(fā)展。

(3)關(guān)注干熱巖發(fā)電、地?zé)崽菁?jí)利用、地?zé)醿?chǔ)能等新技術(shù)新技術(shù)發(fā)展速度,加快制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn), 推動(dòng)新技術(shù)快速商業(yè)化應(yīng)用。