1 地熱資源概況

全球地熱資源儲量巨大，是煤炭資源量的數(shù)萬倍。國際能源署、中國科學院和中國工程院等機構的研究報告顯示：地球表層5 km以淺的地熱儲量約1.45×1026 J，相當于全世界現(xiàn)產(chǎn)煤炭總發(fā)熱量的2000倍。中國地熱資源量約占全球地熱資源的1/6，分布廣泛、種類繁多、儲量豐富，發(fā)展?jié)摿薮蟆?a href="http://kaichele.cn/t/中國.html" >中國淺層地熱能資源主要分布在北京、天津、河北、河南、山東、上海等中東部13個省市；水熱型地熱資源豐富，可折合1.25萬億噸標準煤，每年可開采量折合18.65億噸標準煤；地下3～10 km范圍內(nèi)的干熱巖型地熱資源可折合856億噸標準煤（數(shù)據(jù)來源：中國地質(zhì)調(diào)查局）。

2 上海淺層地熱資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

2.1 地熱資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

上海地區(qū)的地熱能開發(fā)主要以淺層地熱能為主。目前已完成上海市淺層地熱資源詳細調(diào)查，工作精度為1:1萬～1:5萬，查明了上海地區(qū)200 m以淺地熱能的分布特點和賦存條件。根據(jù)調(diào)查取得的巖土物理性質(zhì)指標和熱物性參數(shù)計算，上海200 m以淺土體單位溫差熱容量為3.27×1015 kJ/℃，資源量為1.63×1016 kJ,99.3%的陸域面積適宜開發(fā)淺層地熱能。

自20世紀70年代開始，上海開始利用淺層地熱能進行制冷，淺層地熱能開發(fā)利用規(guī)模逐步提升。截至目前，上海淺層地熱能建筑應用面積約為1852萬m2，年利用量折合標煤約為86.94萬噸。與常規(guī)能源相比，淺層地熱能利用年可減排CO2約43.56萬噸、SO2約0.35萬噸、粉塵約0.18萬噸。由上海淺層地熱能應用建筑類型及能效統(tǒng)計（圖1）可知，淺層地熱能應用項目主要分布在浦東新區(qū)、閔行區(qū)、松江區(qū)、青浦區(qū)等區(qū)域，其中公共建筑占比超過六成，住宅占比超過三成。能效等級2級以上項目占比65%,3級以下僅占13%。隨著上海市淺層地熱能開發(fā)利用的快速發(fā)展，地熱資源在未來能源結構調(diào)整優(yōu)化中將發(fā)揮更加積極的作用。

上海淺層地熱能應用建筑類型及能效統(tǒng)計

2.2 地熱資源開發(fā)利用政策機制現(xiàn)狀

為推動上海地熱能開發(fā)利用高質(zhì)量發(fā)展，2021年至今，先后頒布《上海市綠色建筑管理辦法》《上海市新城規(guī)劃建設導則》《上海市能源電力領域碳達峰行動方案》《上海市促進地熱能開發(fā)利用的實施意見》等數(shù)十個文件。補貼扶持政策方面，《上海市建筑節(jié)能和綠色建筑示范項目專項扶持辦法》對采用淺層地熱能的可再生能源示范項目，受益面積補貼55元/m2，單個項目最高獎勵600萬元，與國內(nèi)其他城市相比，補貼扶持力度較小，門檻較高。

2.3 地熱資源開發(fā)利用技術研究現(xiàn)狀

在地熱能開發(fā)利用技術研究方面上海也開展了全方位的研究，并取得了豐富成果。

關于淺層地熱能高效利用技術研究，如：通過細化地下巖土體分層和巖性，利用權重系數(shù)法建立了巖土體分層導熱系數(shù)與綜合導熱系數(shù)的相關關系；分析了淺層地熱能開發(fā)的經(jīng)濟和環(huán)境效益，并估算了地熱對減碳目標的貢獻度；搭建了需求量預測模型，發(fā)現(xiàn)長三角地區(qū)地熱資源建筑應用需求旺盛；對地埋管回填材料、地埋管換熱器換熱性能影響因素及換熱器優(yōu)化設計方法進行研究，優(yōu)化了回填材料配比、量化了影響因素的影響程度，建立了多因素全生命周期優(yōu)化設計模型；對建筑物深基坑下埋設地埋管換熱系統(tǒng)的設計、施工、運行維護技術進行了探討，認為淺層地熱能在上海及類似大型城市應用是可行的。

在地下水源熱泵應用技術研究中，如：對系統(tǒng)運行可能造成地質(zhì)環(huán)境變化的影響因素進行監(jiān)測和研究，分析了地下水源熱泵系統(tǒng)應用的適用性；利用數(shù)值模擬軟件搭建模型，針對地下水源熱泵熱量運移、儲能、效率衰減等應用問題展開技術討論，提出了系統(tǒng)運行最優(yōu)策略；通過采用全封閉100%回灌、合理的井間距等措施對上海地區(qū)地下水源熱泵技術進行優(yōu)化設計，該設計對地質(zhì)環(huán)境影響微小、可控、且經(jīng)濟環(huán)境效益顯著。

在地下能源結構技術研究方面，如：通過在科學實驗場進行現(xiàn)場試驗，研究了能源樁在溫度—荷載耦合作用下的力學特性及換熱性能。

在地熱資源物探勘查方面，如：通過對以往上海地熱資源物探工作總結分析，研究了不同物探方法在上海地熱資源勘查的可行性。

在淺層地熱能監(jiān)測技術研究方面，上海已研發(fā)了監(jiān)測精度±0.1℃的高精度溫度傳感器，實現(xiàn)模擬信號向數(shù)字信號轉(zhuǎn)化，提高了信號遠程傳輸?shù)姆€(wěn)定性，同時實現(xiàn)了多點位模塊化自由組合式監(jiān)測，提高了多點位自由分布、組合的靈活性，并為維護提供便捷性。

綜合上述研究分析，上海市對于淺層地熱資源的開發(fā)與利用正逐步提升，特別是在全球對清潔能源和可持續(xù)發(fā)展的關注度日益增加的當下，地熱能源的開發(fā)利用顯得尤為關鍵。此外，上海地區(qū)在淺層地熱資源的開發(fā)應用方面展現(xiàn)出多元化的進展，包括技術研發(fā)、政策制定等多個層面，這反映出對地熱資源開發(fā)利用采取了全面而系統(tǒng)的推進策略。

3“雙碳”背景下地熱資源面臨的機遇與挑戰(zhàn)

2020年9月22日，國家主席習近平在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上宣布，“中國力爭2030年前CO2排放達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和目標”。2021年5月26日，“雙碳”工作領導小組第一次全體會議在北京召開。作為“1+N”政策體系中的“1”,2021年10月24日，中共中央、國務院發(fā)布《關于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》，為“雙碳”這項重大戰(zhàn)略進行了系統(tǒng)謀劃、總體部署；同日，國務院發(fā)布《2030年前碳達峰行動方案》，共同構建了中國“雙碳”“1+N”政策體系的頂層設計。2022年6月24日，科技部等9部門印發(fā)《科技支撐碳達峰碳中和實施方案（2022—2030年）》（國科發(fā)社〔2022〕157號），統(tǒng)籌提出支撐2030年前實現(xiàn)碳達峰目標的科技創(chuàng)新行動和保障舉措，并為2060年前實現(xiàn)碳中和目標做好技術研發(fā)儲備。

3.1 未來機遇

“雙碳”目標的實現(xiàn)過程，在一定程度上是碳基傳統(tǒng)能源退出歷史舞臺的過程，同時也是新能源崛起的過程。太陽能、風能受日照、季節(jié)等因素影響較大，對儲能設施建設有嚴格要求。而地熱能作為穩(wěn)定、可重復利用、儲量豐富、應用模式多元化的綠色低碳能源，其開發(fā)利用將為“雙碳”目標的達成提供有力的支撐。

隨著“雙碳”戰(zhàn)略的推進，新能源體系建設有序開展，地熱資源可以提升綠色清潔能源的供給率，必將有力地促進地熱資源內(nèi)生需求的增長并催生地熱資源開發(fā)利用的新浪潮。對于地熱能企業(yè)及有關的投資機構，“雙碳”目標的落實意味著生產(chǎn)要素投入力度的增加，作為重要載體的科技和金融將會為地熱能資源開發(fā)過程賦予新的能量。例如“物聯(lián)網(wǎng)+AR（增強現(xiàn)實）”等技術支撐下的能源大數(shù)據(jù)建設將推動地熱資源開發(fā)利用的精準化調(diào)度生產(chǎn)與精細化設備管理。

3.2 重要挑戰(zhàn)

“雙碳”既是機遇也是挑戰(zhàn)。目前，在地熱資源的探測技術體系構建、地質(zhì)勘探設備制造以及高溫地熱鉆井等關鍵領域，國內(nèi)還存在明顯的技術短板，限制了我國在新能源領域激烈競爭中的應對能力。與此同時，與日本、新西蘭、冰島這些在地熱能源開發(fā)方面較為先進的國家相比，中國的地熱事業(yè)規(guī)模雖大，但尚未形成強大的產(chǎn)業(yè)實力，一方面是地熱資源開發(fā)利用整合度有限，另一方面是還未摸索出一條符合國情、社情的地熱資源開發(fā)利用路徑。

作為超一線城市，無論是經(jīng)濟賽道還是新能源賽道，上海市都發(fā)揮著領頭羊的作用。雖然上海市淺層地熱能開發(fā)利用程度較高，但發(fā)展中也暴露出一些問題亟待解決。一是淺層地熱能開發(fā)利用現(xiàn)狀與規(guī)劃目標存在較大的差距，發(fā)展相對緩慢，個別項目出現(xiàn)運營困難等問題；二是深層地熱能開發(fā)利用技術尚處于探索研究階段，多項關鍵問題亟須攻克。

4“十五五”期間上海地熱產(chǎn)業(yè)發(fā)展策略探討

“十五五”期間上海地區(qū)的地熱資源開發(fā)利用旨在提高資源利用質(zhì)量，促進經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護，著力推動上海市地熱能資源的高質(zhì)量、可持續(xù)、規(guī)?；_發(fā)利用。2023年1月19日，上海市發(fā)展和改革委員會、上海市規(guī)劃和自然資源局、上海市住房和城鄉(xiāng)建設管理委員會、上海市科學技術委員會、上海市財政局、上海市生態(tài)環(huán)境局、上海市水務局等七部門聯(lián)合發(fā)布《上海市促進地熱能開發(fā)利用的實施意見》（滬發(fā)改規(guī)范〔2023〕2號），提出至2035年全市淺層地熱能供暖制冷面積在2025年基礎上力爭再新增1000萬m2?；谏虾５貐^(qū)地熱開發(fā)利用現(xiàn)狀及“十五五”目標，本文對地熱產(chǎn)業(yè)的發(fā)展策略展開探討。

4.1 深化地熱資源勘查和監(jiān)測

協(xié)同水行政主管部門進行中深層地熱資源調(diào)查評價，對其開發(fā)利用可行性、適宜性、總量及強度進行評估。制定淺層地熱能開發(fā)利用專項規(guī)劃，針對長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)、臨港新片區(qū)、五個新城、崇明世界級生態(tài)島等關鍵區(qū)域，實施精細化勘查及精確指引。實現(xiàn)新建地熱資源開發(fā)利用項目地質(zhì)環(huán)境及運行參數(shù)監(jiān)測全覆蓋，將數(shù)據(jù)傳輸至上海市地熱能開發(fā)利用信息服務平臺，促進資源高效利用和地質(zhì)環(huán)境保護協(xié)調(diào)發(fā)展。

4.2 強化地熱開發(fā)利用的關鍵技術

在現(xiàn)有研究基礎上，參照國際國內(nèi)先進技術開發(fā)案例、先進技術，充實技術的改進和利用效率的提升。開展關鍵技術研究，研發(fā)新產(chǎn)品、新技術、新設備，學習最新前沿技術。如麻省理工學院最新的突破性鉆探技術，可以深入鉆探地溫溫度500℃的位置，為釋放太瓦級地熱能潛力鋪平道路；又如美國利用大數(shù)據(jù)創(chuàng)建模型定位地熱資源的技術等。

4.3 構建地熱資源利用全流程標準體系

開展地源熱泵系統(tǒng)后評估及運行維護技術標準研究，編制地熱資源開發(fā)利用碳核算技術標準。建立地熱資源勘查、設計、施工、監(jiān)測、驗收、運行維護、性能評估、安全保障等全過程的技術標準體系，推動淺層地熱能開發(fā)利用標準化、規(guī)范化。

4.4 建立地熱資源智能化信息服務體系

加強新一代信息技術與地熱資源開發(fā)利用的深度融合，運用人工智能、大數(shù)據(jù)分析等技術，推進“云平臺、大數(shù)據(jù)、智能化”三位一體建設，實現(xiàn)地熱等地質(zhì)資源調(diào)查、監(jiān)測、應用、預測、管理、服務方式的信息化變革，實現(xiàn)智能控制與智慧化管理。

4.5 探索淺層地熱資源多元化發(fā)展模式

嘗試深淺結合、天地結合、水陸結合、調(diào)蓄結合等“地熱+”創(chuàng)新模式，通過構建區(qū)域能源綜合利用系統(tǒng)，實現(xiàn)淺層地熱能資源利用的智慧化管理，形成資源節(jié)約、經(jīng)濟性好、持續(xù)性和保障性高的能源供給模式。

4.6 有序推進地熱資源開發(fā)利用示范應用

聚焦長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)、臨港新片區(qū)、五個新城、崇明世界級生態(tài)島等重點區(qū)域，建設淺層地熱能應用高質(zhì)量發(fā)展示范區(qū)，推動淺層地熱資源在綠色生態(tài)示范區(qū)、低碳園區(qū)、設施農(nóng)業(yè)等領域的開發(fā)利用。在滿足地下水保護與管理政策要求的前提下，根據(jù)劃定的需要取水的淺層地熱能項目禁止、限制、允許取水范圍，有序推進地下水源熱泵系統(tǒng)示范應用，對開采項目實行嚴格審批、嚴格監(jiān)管。

4.7 完善地熱資源開發(fā)利用管理體系

按照規(guī)劃、政策、標準、監(jiān)管要求，實行分區(qū)管控、備案登記、技術質(zhì)量、監(jiān)測監(jiān)督為一體的開發(fā)利用管理模式，形成完善的地熱資源開發(fā)利用監(jiān)管措施，制定具有針對性及可實施性的地熱行業(yè)補貼政策，營造健康穩(wěn)定的地熱資源利用環(huán)境。

4.8 開展地熱能學科建設和人才培養(yǎng)

支持引進和培養(yǎng)一批學科帶頭人，建設一批科技創(chuàng)新平臺。依托高等院校優(yōu)勢資源，培育一批滿足企業(yè)需求的技術型人才、管理型人才、創(chuàng)新型人才，為區(qū)地熱能資源高質(zhì)量可持續(xù)化開發(fā)利用做好人才儲備。

5 結論與建議

5.1 結論

(1）上海市地熱能以淺層地熱能為主，資源分布廣、地質(zhì)條件優(yōu)越，資源潛力巨大，在未來能源結構調(diào)整優(yōu)化中將發(fā)揮積極的作用。

(2）上海市淺層地熱資源應用研究呈現(xiàn)多元化的特點，在技術研發(fā)、政策制定、標準編制等方面取得了豐富的研究成果，推動了上海地熱能開發(fā)利用高質(zhì)量發(fā)展。

(3）“雙碳”目標的提出必將有力地促進地熱資源內(nèi)需增長并催生地熱資源開發(fā)利用的新浪潮。但目前，地熱資源開發(fā)利用仍需面臨政出多門和應用規(guī)模不大的現(xiàn)實挑戰(zhàn)。

(4）“十五五”期間上海市需要加快地熱資源的高質(zhì)量、可持續(xù)、規(guī)?；_發(fā)利用。重點任務包括深化地熱資源勘查監(jiān)測、強化關鍵技術研究、建立標準體系、推進智能化信息平臺建設、探索多元化發(fā)展模式、開展示范應用、完善管理體系和加強學科建設。

5.2 建議

建議后續(xù)上海市地熱工作聚焦強化扶持政策導向、提升政府統(tǒng)領功能、加大關鍵技術產(chǎn)學研投入、推廣代表性應用示范等方面，做好地熱開發(fā)利用規(guī)劃銜接，為地熱能的開發(fā)利用創(chuàng)造有利環(huán)境，推動城市向綠色低碳發(fā)展轉(zhuǎn)型，同時也為全國地熱資源開發(fā)利用提供借鑒。