0 引言

隨著全球氣候變暖與環(huán)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(fā)展的必然趨勢。地熱能憑借儲量豐富、穩(wěn)定性強、碳排放低等獨特優(yōu)勢,被聯(lián)合國列為未來能源體系的核心組成部分之一。據(jù)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(yōu)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(fā)利用潛力巨大。近年來,我國相繼出臺《地熱能開發(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年地熱能開發(fā)利用規(guī)模達到1億噸標準煤的目標,推動地熱能的規(guī)模化應用。

標準作為行業(yè)發(fā)展的技術基礎與規(guī)范保障,是衡量地熱能開發(fā)利用水平的核心標尺。完善的標準體系能夠規(guī)范市場秩序、降低技術風險、提高資源利用效率,促進行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。然而,當前我國地熱能產(chǎn)業(yè)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(jiān)管不到位等深層次矛盾。因此, 系統(tǒng)分析地熱能開發(fā)利用標準的現(xiàn)狀與問題,借鑒國際先進經(jīng)驗,構建科學合理的標準體系,對于推動中國地熱能產(chǎn)業(yè)規(guī)范化、規(guī)模化、國際化發(fā)展具有重要的理論與實踐意義。

1 地熱能開發(fā)利用現(xiàn)狀

地熱能的開發(fā)利用主要包括發(fā)電和直接利用, 其中溫度較高的地熱資源主要用于發(fā)電,中低溫型地熱資源主要為直接利用。此外,近年來非常規(guī)地熱系統(tǒng)(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(fā)電

“十三五”期間,全球利用地熱資源進行發(fā)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(fā)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(fā)電廠。受光伏發(fā)電、風力發(fā)電影響,十四五期間全球地熱發(fā)電增長率較十三五期間下降約7%。我國開發(fā)地熱發(fā)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(fā)電示范電站,這也是我國第一個中高溫地熱發(fā)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(yǎng)殖業(yè)、 工業(yè)。地源熱泵和空間供暖方面近年來發(fā)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(nóng)業(yè),包括反季節(jié)種植價值較高的蔬菜、水果、花卉及育苗等;養(yǎng)殖業(yè)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(yǎng)項目,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、硫等礦物質提取利用。

1.3 非常規(guī)地熱系統(tǒng)(UGS)

非常規(guī)地熱系統(tǒng)(UGS)主要包括干熱巖系統(tǒng) (HDR)、增強型地熱系統(tǒng)(EGS)和超臨界地熱系統(tǒng)(SGS)。其中干熱巖系統(tǒng)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(tǒng),目前仍停留在試驗探索階段;增強型地熱系統(tǒng)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(huán)至地表實現(xiàn)熱能利用,目前僅有國外少數(shù)的項目在成功運行;超臨界地熱系統(tǒng)則主要指溫度達到上百度,內部流體達到超臨界狀態(tài),單位體積流體蘊含的能量為常規(guī)高溫系統(tǒng)的5~10倍,目前處于理論研究和實驗探索階段。

2 國外地熱能標準建設情況

全球地熱能開發(fā)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(fā)展現(xiàn)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(fā)布《地熱資源勘查指南》《地熱鉆井質量控制》《地熱發(fā)電系統(tǒng)性能測試》等國際標準, 覆蓋資源勘查、工程建設、設備制造、發(fā)電利用等核心環(huán)節(jié)。此外,歐洲標準化委員會(CEN)、美國材料與試驗協(xié)會(ASTM)等區(qū)域組織也制定了一系列區(qū)域性標準,形成了“國際標準—區(qū)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(yè)協(xié)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(fā)法》、 《地熱安全管理條例》等法規(guī),為標準實施提供法律保障;行業(yè)層面,美國地熱協(xié)會(GEA)聯(lián)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(tǒng)技術規(guī)范》等20余項行業(yè)標準, 涵蓋全產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)。在技術標準方面,美國注重細節(jié)規(guī)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(fā)電和溫泉旅游為核心產(chǎn)業(yè),其標準體系側重于環(huán)保與可持續(xù)性。如《地熱資源管理條例》明確要求所有地熱開發(fā)項目必須進行環(huán)境影響評估,并制定資源保護方案;《地熱發(fā)電站環(huán)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(fā)電技術制定了專門的《干熱巖資源開發(fā)標準》,力求推動其快速商業(yè)化應用。

2.4 土耳其

土耳其是歐洲地熱供暖規(guī)模最大的國家,標準體系聚焦于供暖技術的規(guī)范化。如《地熱集中供暖系統(tǒng)技術規(guī)范》對系統(tǒng)設計、設備選型、施工安裝等環(huán)節(jié)提出了詳細要求,規(guī)定地熱換熱器的換熱效率不低于85%,系統(tǒng)運行能耗不高于傳統(tǒng)供暖系統(tǒng)的30%。同時,土耳其建立了由能源與自然資源部負責標準執(zhí)行監(jiān)督的嚴格監(jiān)管機制,對違規(guī)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(guī)范》《地熱電站設計規(guī)范》等少數(shù)基礎性標準,以滿足早期地熱發(fā)電項目的需求。 2001~2015年為發(fā)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(tǒng)工程技術規(guī)范》《地熱供暖系統(tǒng)技術要求》等應用類標準,標準數(shù)量逐步增加。2016年至今為快速發(fā)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(fā)布階段,截至2024年,已發(fā)布國家標準23項、行業(yè)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(huán)保等環(huán)節(jié)的標準體系。

3.2 資源勘查領域標準

資源勘察方面已發(fā)布《地熱資源地質勘查規(guī)范》 (GB/T 11615—2010)、《地熱田勘查評價規(guī)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(guī)范,規(guī)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(jù)。然而,缺失干熱巖開發(fā)技術等新技術及對高精度地球物理勘探技術的規(guī)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(guī)范》(GB/T 51350—2019)、《地熱鉆井工程技術規(guī)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(tǒng)、供暖工程等環(huán)節(jié)。標準對工程設計參數(shù)、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(jiān)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(fā)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(shù)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(huán)保領域標準

安全環(huán)保方面形成了《地熱能開發(fā)安全技術規(guī)范》(AQ/T 4275—2016)、《地熱開發(fā)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(tài)保護等提出了要求。規(guī)定了地熱開發(fā)項目必須設置安全監(jiān)測系統(tǒng),廢水排放需達到《城鎮(zhèn)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(huán)保要求、環(huán)境風險評估標準不完善等不足。

3.6 區(qū)域標準實施現(xiàn)狀

我國地熱能標準實施呈現(xiàn)明顯的“北強南弱” 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、設計、施工到運營較為完善的地方標準體系;南方地區(qū)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(shù)量較少,且主要集中在度假、康養(yǎng)等領域;此外,中西部地區(qū)因技術水平與經(jīng)濟實力有限,標準建立與執(zhí)行均存在不足,企業(yè)對標準的認知度較低,部分項目存在違規(guī)開發(fā)現(xiàn)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(chǎn)業(yè)處于快速發(fā)展期,相關標準規(guī)范在加速出臺,結合上文對國內外地熱能開發(fā)利用標準現(xiàn)狀分析認為,我國地熱能標準體系在監(jiān)管有效性、產(chǎn)業(yè)適配性、新技術發(fā)展方面有待提高。

(1)強化標準宣貫培訓及實施監(jiān)管,健全監(jiān)督檢查機制,標準不完善或執(zhí)行不到位則會導致項目投資損失、資源浪費、環(huán)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(chǎn)業(yè)發(fā)展方向,提高標準與產(chǎn)業(yè)實際需求的適配性,從而更好地助力地熱產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

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