地热能作为一种非碳基、清洁能源，具有稳定连续输出的优势，对实现“碳达峰”和“碳中和”的发展目标具有重要价值。本文在综述全球地热能开发利用现状的基础上，从地热资源分布、地热发电利用、地热直接利用和地热储能等方面入手，对全球地热能开发利用的发展趋势和新技术研发方向进行了梳理。在总结全球地热开发利用经验的同时，针对中国现有地热能开发利用的问题与技术水平，提出有利于推动和促进中国地热能开发利用的政策建议和未来的发展方向。

　　来自地球内部的本土能源的地热能是一种洁净的可再生能源。与风能、太阳能等可再生能源相比较，地热能的最大优势在于能量的稳定连续输出，国际可再生能源组织(IRENA)《可再生能源发电成本》报告显示，2007—2021年，地热发电的能源利用系数在70%~90%。“十四五”时期是中国推动经济高质量发展和实现“双碳”阶段性目标的关键时期，在加强大气雾霾治理力度、积极应对全球气候变暖趋势、主动承担温室气体减排责任的大环境下，地热能已成为各地争相开发利用的重要新能源之一。

　　自2010年以来，全球地热能利用快速增长，地热直接利用装机容量和年利用热量分别约为108GWt和283580GWh，中国在地热直接利用方面长期保持世界第一。地源热泵系统在全球地热直接利用的装机容量和利用热量中占比分别约为72%和60%。1995—2020年，热泵系统呈现每年约16%增长率的指数增长趋势，预计这一趋势将在未来持续下去。截止到2020年，全球地热发电的总装机容量为15.9GWe，年发电量为73550GWh。2010—2020年，地热发电的年平均增长率约为4%。

　　本文在综述全球地热能开发利用现状的基础上，从地热资源分布、地热发电利用、地热直接利用和地热储能等方面入手，对全球地热能开发利用的发展趋势和新技术研发方向进行了梳理。在总结全球地热开发利用经验的同时，针对中国现有地热能开发利用的问题与技术水平，提出有利于推动和促进中国地热能开发利用的政策建议和未来的发展方向。

　　地热资源分布

　　全球地热资源总量丰富，但空间分布上极不平衡。高温地热资源主要分布在离散板块边界和汇聚板块边界，高温地热资源分布总体受地球的构造—热背景控制，空间分布上与全球板块边界、地震带、火山带具有相关性，最为显著的特征是热流高、高温水热活动强烈、活火山与地震活动频繁。4个全球性的高温地热带是：环太平洋带、大西洋中脊带、东非裂谷带、地中海—喜马拉雅带(图1);而中—低温地热资源则广泛分布在板块内部，主要分布于造山带及山间盆地和中-新生代沉积盆地，图1为全球地热带分布图。

图1 全球地热带分布

　　环太平洋地热带是全球分布范围最广的一个地热带，沿太平洋板块与美洲板块、欧亚板块的俯冲/碰撞边界展布。最为显著的特征是高热流、年轻造山活动和频繁活火山活动。按照地理分布进一步分为东太平洋中脊、西太平洋岛弧和东南太平洋缝合线3个地热亚带。储层温度一般在250~300℃，代表性的地热田有美国盖瑟斯(288℃)、墨西哥塞罗普列托(388℃)、中国台湾大屯(293℃)、日本松川(250℃)以及菲律宾巴克曼(300℃)等。但需要特别指出的是，中国大陆东部地区并不属于环太平洋地热带，因此，中国大陆东部高温地热勘探应该遵循板内地热成因理论，而非板缘地热成因理论。

　　地中海—喜马拉雅地热带由特提斯缝合带组成，位于欧亚板块与非洲板块及印度洋板块碰撞的接合地带，以地壳增厚、年轻造山运动、现代火山作用、岩浆侵入以及高热流等为特征。热储温度一般在150~300℃，代表性的地热田有中国羊八井(262℃)、羊易(192℃)、腾冲(250℃)、康定(180℃)、意大利拉德瑞罗(245℃)以及土耳其克泽尔代尔(200℃)等。

　　大西洋中脊地热带大部分在洋底，出露海面的部分呈南北向展布。热储温度一般为200~300℃，代表性的地热田有冰岛亨伊尔(230℃)、雷克雅未克(286℃)、纳马菲雅尔(280℃)等。

　　东非裂谷地热带主体位于非洲板块内，沿大陆裂谷系展布，北端为红海-亚丁湾洋中脊扩张带。以高热流、强烈现代火山作用以及广泛断裂活动为特征。热储温度多高于200℃，代表性的地热田有埃塞俄比亚达洛尔(>200℃)和肯尼亚奥尔卡利亚(287℃)。

　　随着近些年地热资源勘探的进行，除了以上在板块边界部位形成的高温地热田外，在板块内部也新发现了诸多的高温地热田，代表性的有青藏高原东北缘的共和盆地(>200℃)、德国兰道(>160℃)和澳大利库珀盆地(>200℃)等。

　　地热发电利用

　　地热发电是地热能最主要的利用方式之一。目前，主流的地热发电技术包括背压式发电、凝汽式发电、闪蒸发电、双工质发电、全流发电、闪蒸双工质发电等，采用何种发电方式主要取决于当地地热资源的禀赋。地热发电已有百年历史，1904年，在意大利托斯卡纳拉德瑞罗第一次利用地热驱动小型发电机发电，发电功率为0.55kW，可提供5个100W的电灯照明用电。1913年，在该地热田建成了全球第一座地热电站，装机容量250kW。1958年，新西兰建成了怀拉基地热发电厂，为第一个热水型扩容闪蒸式地热电站。1960年，美国第一座装机量11MW的地热电站在加利福尼亚州盖瑟斯地热田建成，顺利运行长达30年之久。根据国际可再生能源组织(IRNEA)的统计数据，截至2021年底，全球地热能发电总装机容量15644MW，较2015年新增装机容量3832MW(图2)，全球用于地热发电的主要是中高温地热资源。

图2 全球地热发电装机容量趋势

　　中国高温地热资源主要分布在西藏地区。1977年，中国第一座兆瓦级高温地热电站在西藏羊八井发电成功，羊八井地热电站的装机容量最高时达到了27.18MW。2018年底，西藏羊易地热电站完成一期16MW建设，2019年2月底完成满负荷并网发电。截至目前，中国累计建成的地热发电装机容量约为59.6MW，然而，由于各种原因目前实际运行的不足20MW。

　　由于可开采高温地热资源需进一步探明以及干热岩发电的关键技术仍有待突破，中低温地热发电有望成为未来地热发电发展的一个重要方向，但中低温地热发电应与其他地热利用方式相结合，以提高能源的利用效率和经济性。冰岛将116℃的地热用于发电，装机容量0.6MW，发电后产生的76℃的尾水再用于供暖，实现地热资源的梯级利用。美国在阿拉斯加建成的切纳地热电站，利用74℃的地热水进行发电，地热水流入有机朗肯循环发电机组的蒸发器，与蒸发器中的有机工质换热，降低至54℃流入回灌井，机组可以提供250kW的电力。日本利用中低温地热建成了装机规模在100kW~5MW的ORC电站。20世纪70年代，在中国广东丰顺县建成的国内首座地热电站，其利用的地热水温度为92℃，其3号机组连续运行了近40年，江西宜春曾经创造了利用67℃地热水进行发电的先例。

　　地热直接利用

　　地热能直接利用包括地热供暖、地热制冷、地热干燥、温泉洗浴和地源热泵等。经过长期的发展，地热资源的直接利用已经从小范围单一用途利用，逐步演化为大规模综合利用工程。目前，全球约有80多个国家直接将地热能用于建筑供暖(或制冷)，或用于工农业。其中，冰岛是众所周知的地热能高效开发利用的典范。虽然紧临北极圈、全年低温，但凭借丰富的地热资源，全国有90%以上的家庭用地热供暖。冰岛首都雷克雅未克市的地热供暖已有百年的历史，市区主要采用地热供暖，具有“无烟城”的美誉。据2020年世界低热大会统计，2019年底，世界范围内88个国家的地热资源直接利用总装机容量为107727MWt(图3能量使用约为1020887TJ/年(283580GWh/年)。各种地热直接利用方式的装机容量变化趋势及分布情况，如表1所示，可以看出，各种地热资源直接利用方式的装机容量均有显著的增长，尤其是地源热泵增长十分迅速。随着地源热泵受到越来越多的重视，地热资源应用的区域和规模不断扩大。