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地热能源因具有清洁、可再生、储量大等优势,成为新能源研究中颇受关注的领域。近年国际地热研究的前沿是增强型地热系统(EGS)和地源热泵等非传统利用方式,对区域大地构造和有利地温场条件进行分析是开展新型地热技术研究和试验的基础。本文综述了近年增强型地热系统和地源热泵技术的研究进展和经验,并结合华北盆地的地质条件和数值模拟,探讨了我国地热资源新技术利用的可行性,可做为我国新能源利用的战略参考。 全球地下3～10 km广泛分布的高温低渗岩体中蕴藏着巨大的热能,增强型地热系统(EGS)即利用人工热储技术开发深部干热岩体。该技术已在国外研发试验历经四十年,对有利成储的大地构造环境、储层条件、采热流体和采热过程有了充分的认识和经验,目前已向商业生产转型。我国处于环太平洋和喜马拉雅两大地热带上,尤其是东部多个盆地具有显著的岩石圈减薄、软流圈上涌特征,地热资源丰富。华北盆地区具有较显著的区域热流异常,相比北美、欧洲现有EGS热田,具有相似的地温条件和应力条件。三者均处于克拉通破坏、软流圈上隆的高大地热流背景值区;均具有裂谷地堑系构造,岩石受临界应力控制有易发生走滑破裂的趋势;区域上分布有新生代火山岩。这些与国外地热研究热点地区的大地构造相似性启发我们应对华北盆地区的地热资源特别是深部高温地热资源加以重视和研究。 依据华北的岩石圈热状态、基底构造形态等对两个典型横切华北盆地的剖面地下10 km内的地温场进行有限元模拟结果表明,华北基底凹陷区地下5 km地温可达近180℃,深部地温场的分布直接取决于岩性的垂直和水平变化而与近地表热流值没有必然联系,在深部凹陷区更利于形成高温。 对华北地区分基底隆起和凹陷区进行了增强型地热系统可及资源概算,按150℃以上作为发电的资源边界温度计算,地下4～6km深区间热含量累计为7.91EJ(1018 J),潜力发电容量为3775GWe,相当于目前中国地热利用总装机容量的425倍。 借鉴国外评价方法,本文对我国华北地区应用地热新技术的经济性进行了论相比具有竞争力;但在研发阶段成本较高,不适于大规模应用。地源热泵技术因其规模小、效率高、灵活性强已在我国取得广泛应用,比照美国能源部进行的技术经济评价,华北地区民用住房应用地源热泵空调的年均能源成本在1200-1400元左右,具有很高的商业价值。 综合分析,我国东部盆地区具有深部传导型地热资源发电的广阔前景,应加强勘探和基础评价工作;西部滇藏地热带则在高温火山岩体中蕴藏较大潜力。新技术条件下我国地热利用适宜从中低温资源利用为主向高温发电倾斜,同时结合地源热泵等技术实现充分的梯级利用。