“如果我们能把中深层的地热与浅层地热相结合，再进一步探索干热岩的深层地热的开发利用，都会对我们的可再生能源，以及整个能源供应起到更大的作用。”
庞忠和
中科院地质与地球物理研究所
地热资源研究中心主任
人类社会的需求至关重要的两大主题，一个是健康，一个是能源。可是当健康跟能源发生冲突的时候怎么办呢？
因为当回过头来看化石能源，它虽然促进了工业化，带动了社会经济的发展，但是同时也带来了很现实的问题——环境污染。
例如雾霾，就是这两者冲突的一大体现。大气污染正是非常突出、迫切的问题。
所以，我们需要找到一条出路。而可再生的清洁能源，或许能解决我们现在面临的能源与环境的巨大冲突。
这次我想分享其中一种可能性——地热。火山喷发、温泉、喷气孔这些自然现象，都与它相关。
作为一种可再生能源，地热在地球上分布广泛。
下图是全球的四大地热带——从环太平洋地热带到阿尔卑斯至喜马拉雅地热带，然后到东非裂谷地热带，再到大西洋中脊地热带。
图中右下方是亚速尔群岛，这里的地热资源是非常丰富的。
中国也有非常丰富的地热资源。西藏、滇西、川西都位于喜马拉雅地热带上，都富含高温地热资源，并且是可利用的。
什么是地热
作为一种能源，地热资源的特点是可再生且清洁，以及来自地球内部。
我们常说“地热是地球内心的奉献”，实际上它与太阳能是可比的。
地心的温度可达五千到六千度，所以它能量巨大。其中约50%的“热”是来自地球，因为地球本来就是热的。
在宇宙大爆炸学说中，地球是在慢慢的冷却中，到目前为止，地球应该是到中年时期。它已经过了45亿年，或许还能够再活45亿年。
那另外一部分，大约50%的热量，是来自地壳当中的铀、钍、钾等放射性元素。它们不断衰变产生放射性衰变热量。
因此，地球不仅是个热库，同时还在不断地生热，也就是说地球的热量是可持续的。
所以我们可以总结出地热资源显著的特点：
它能量巨大。人类利用的能量大小占地球总能量的比例非常小，小到可以忽略不计。所以它是可持续，甚至可以说是取之不尽，用之不竭的。
它是连续稳定的。与太阳能、风能不一样，它不受天气干扰，一天24小时、一周7天、一年365天都存在的
它是绿色能源。在满足人类能源需求的同时，它不排放污染物，不会产生大量的二氧化碳等温室气体，更不会加重温室效应。所以在环境成本上，它竞争力强。
它储集方便。因为地热资源是在地下储层中，它们就像电池一样，帮助人类储集能量。
能源领域最突出、最现实的技术瓶颈是储能技术，而储能技术上限制了很多的能源利用。并且，地热能与太阳能、风能等其他能源相互结合或互补，以起到储集的作用，这也是未来的发展前景。
那么有哪些叫地热资源？
我喜欢用这六个字来归纳地热资源的三种类型：浅热、水热和干热。
浅热是浅层地热能，在我们脚下两百米以内的浅度，也就主要是土壤层里边的热能；
水热是像温泉、喷气孔这些以水的形式出现的地热能。我们现在主要利用了这部分常规的地热能，它大概是在两百米到三千米的深度。
干热是只有热没有水，所以很难开采。地球越往地心越热，并且随着深度的升高，岩石的渗透性却是逐渐下降的。这样一对矛盾促成了这一类型地热的特点：有热无水难开采。
因此浅热和水热是人类目前开发利用地热的主要形式，而对于干热，欧美发达国家已探索将近四十年，仍未达到真正的产业化，我国也只是处于基础研究阶段。
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地热的应用
那我们为什么要开发地热呢？
它可以减缓雾霾。为了打造“无烟城”，地质工作者坚持不懈地勘测隐伏的地热资源，并且完成了规模化利用，从而成功实现了北方的冬季供暖。
大家对南方桂林、云南石林都很熟悉，也许很多人去看过芦笛岩、象鼻山。在那个地方，有很多的岩溶的缝孔，以及地下的暗河。
研究地下水的工作人员都知道这是最好的含水层，因为它的储水空间是最大的。
但是我们不太清楚实际上，在华北地区——北京、天津的地下也存在着岩溶。
比方说北京的石花洞，洞里边的空间巨大，具备储集热水的极佳条件。
所以我们发现这一种储集层，如要作为地热开发利用，在三千米以浅的深度上是最有利的。
一是因为它单井出水量非常大，可达三千方，也就是三千吨，甚至每天可以到八千方，个别情况能到上万吨的。
而在花岗岩地区，一般的井只能出三百吨至五百吨。这就是数量级的差别，
另一个是因为它水质较好，矿物质含量较低；
以及最重要的特点是，在这种储层，把水采出后、用完后还能轻易地灌回去。这能很大程度上消解在坚硬岩石中开发利用地热水带来的负面影响，例如地面沉降。
地质工作者正是在河北的雄县找到了极佳的地热开采区。
雄县位于北京、天津、保定这个金三角的左下角上。北边是燕山山脉，西边是太行山脉。
实际上，河北雄县是牛驼镇地热田的其中一部分。作为大热田，牛驼镇地热田范围广——北到固安，固安实际上距离天安门只有几十公里。
雄县就是在这个大热田的最南端。这个地方的地质条件比较特别。例如北边有燕山山脉，西边有太行山脉，它的地层是很厚的，最厚的有三四千米。
表面是新生代松散的沙层、土层等沉积物，往下是好几层的石灰岩，有碳酸盐的这种储层，也就是前面提到的大型岩溶热储。
大家要注意，大型岩溶热储与上边的石灰岩储层，它们的热导率要相差两倍到三倍。
热导率差别很大，也就影响了深部的地热分配。
地球深部向外散发的热量是均匀的，但到了两三公里的地方，它就开始分离，进行重新分配——热流会涌向、集中导热性质好的岩石地层。因此，这会出现热流向碳酸盐集中的趋势。
所以如果在碳酸盐储层打个钻孔，我们就会拿到高温度的地热，而在凹陷的黑的沙层去打的话，就会是在温度很低的热水井，取到温度低的地热。
另外，地下水的循环也会影响热的再分配。
下图表示的地下水的循环，从燕山山脉和太行山脉来的地下水，经过两三百公里长距离的运移，不断把岩石当中的热量带到盆地中心，使得盆地中心热量聚集。
所以以上两个因素导致的热的聚集，为二元聚热模式，形成了我们要开发的雄县的岩溶热储。
为了开发它，我们要对它进行勘探评价——立体化描述各层、计算总的资源量，可供暖的面积，然后进行开采井、回灌井的布局。
下图右方是温度场的分布。红色的是开采井，蓝色的是回灌井。
我们做各种各样的试验，回灌试验包括试中试验。这是为了获得好的流场、温度场，获得不同井之间的相互连通性关系，以实现百分百的回灌。
回灌是指热水被开采出来后，用了以后冷水会回灌下去。
下图绿色的是地下热水的水位。红色的是开采量，蓝色的是回灌量。
回灌之前，地下热水的水位就像飞机俯冲一样的在下降——每年它下降五米。
但是到回灌以后，它在图中2010年后的水位就回升了。
所以我们认为它是可持续的。
雄县有三十万人口。目前我们打的地热井有七十口左右。一千五百米左右的深井，温度在六十到七十度之间。
因此一年的冬天这四个月，90%以上的人口享受了地热供暖，并且地热供暖是清洁的。
大家可以看到整个城市是无烟囱的。
下面的卡通形象地展示了一对井——红色是开采井，蓝色的是回灌井。
如何利用这一对井对岩溶储层进行开采？
首先开采热水，送到供热站经过换热后，送到各家各户，然后降温的水，也就是地热围水再回来，从冷水井回灌下去。最终就实现了循环往复的利用。
上图是供热站的水泵和换热器的管线。
因此这个工作当时引起了国际的关注，国内外的很多专家学者到井口、供热站以及到老百姓家里面看我们的控制，看我们的整个系统，都是赞口不绝。目前来讲，我们的规模应该是世界上最大的（演讲时间为2016年10月30日）。
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地热的发展前景
整个大华北地区也有岩溶热储。大华北地区包括京、津、冀、鲁、豫，为了治理雾霾，我们必须是整体的。
京津冀联动还不够，我们要把山东把河南都加进来，整个大华北地区一起来治理才会有效。
下图深颜色画圈圈的地方都是有岩溶热储的分布。上面的三个红点是现在已经开发的实例，所以在很多地方还有这样的岩溶热储。
下图展示了地热在全国的分布范围。热量是从地球内部向外散热，那么在这个分布之上，我们叠加了这个阴影，也就是上面提到的岩溶热储的分布范围。
可以看出来全国大约1/3的国土都有这样非常好的热储，所以它的勘探和开发利用的潜力巨大。
我们如果把此图与我国雾霾的分布图对比，可以看出来它们的吻合性非常好，所以，这样的地热资源是可以帮助我们缓解雾霾。
最后我们简单地展望一下未来的发展。中国在地热利用上努力了将近40年。从十几年前开始，在地热能的直接利用方面，我国排世界第一。
一方面是因为中国幅员辽阔，另一方面是在中低温地热利用上，我们在国际上确实是有地位的。
除了供暖，地热还有许多的应用。例如用温度较高地热发电，发电完后，温度下降再用于供暖，最后经过地缘热泵提热之后，再用于别处，比如说温泉洗浴和温室大棚。
我们未来的目标是要实现这样的地热的梯级利用。充分的利用有限的地热资源，实现循环往复的可持续利用。
不仅如此，高温发电也是具有非常好的发展前景。
在原来的西藏和云南基础上，我们国家的喜玛拉雅带又增加了川西地区。
四川西部的地热资源特别丰富。大概在这一口井的三百米处就可以测到了180度，并且通过计算，我们发现它的储层温度可达260度。
另外还有干热的开发应用。我国对于深层的干热岩的工程化技术发展也有一套技术路线的规划。
上图是中国科学院做的能源技术路线图，预期到2030或者2035年，初步实现这个技术成熟；到2050年，实现完全地商业化应用。
总的来说，我国大华北地区以至于整个北方地区，都有非常好的地热资源，并且地热资源岩溶储层特别好用。
就像雄县宝贵的岩溶热储可以替代燃煤，解决北方城镇供暖，从而缓解大气污染的。
而除了岩溶储层之外，还有别的储层，比如说砂岩储层，它的分布也十分广泛。因此我国的地热资源非常丰富。
从更广的意义上来讲，如果我们能把中深层的地热与浅层地热相结合，再进一步探索干热岩的深层地热的开发利用，都会对我们的可再生能源，以及整个能源供应起到更大的作用。
所以，让我们大家一起努力，唤醒更多沉睡的能源！
