今天，一起来关注清洁能源——地热。什么是地热？很多人第一时间可能会想到温泉。实际上，温泉只是地热最常见的一种形式。
什么是地热？
地热是一种来自地球内部的可再生能源，您可别小瞧它，如今利用地热资源，人们不仅可以发电、供暖，还可以用于农业养殖。地热的总量十分惊人，据世界能源协会评估报告，全球可再生能源中，地热能占总量的66%，约为全球煤炭储量的1.7亿倍，是个巨大的“地下宝藏”。我国的地热资源分布也很广泛，储量约占全球资源量的1/6。
埋藏在地下的这些巨大的热能，到底是如何开发出来为我们所用的？未来，地热的应用前景究竟如何呢？接下来，我们就一起探索地热的奥秘。
陕西咸阳：今冬供暖启动 从地下取热
近期，陕西咸阳启动了今冬供暖工作，和很多地方不一样的是，在咸阳，有一部分供暖不是依靠燃煤或者天然气，而是利用藏在地下的热能实现的。地下的热能在哪里？是怎么利用的？
走进咸阳某居民小区，业主郝翠的家里已经一片暖意，尽管这两天当地气温大约在0至10℃左右，但室内温度却已经超过了22℃。与使用传统燃煤锅炉供暖的小区不同，她家所在的小区近2000家住户的热源，正是来自地下2990米的地热井。
小区住户 郝翠：温度比较恒定，家里很暖和，冬天的时候在家里基本上穿个衬衣就可以。
地热水超80℃ 来自2990米深地热井
地热水是如何满足供暖需求的呢？记者来到咸阳市一处换热站一探究竟。在距离这里1.4公里外的地方就是地热井，超过80℃的地热水，通过管道进入换热站，地热能将在这里被取用。
两次换热 地热水热能传导给供暖水
总台记者 李大杰：我身旁就是换热站最核心的换热系统，所谓换热就是将地热水的热量传导给自来水，从而提供给住户使用。这个蓝色的铁架子，密密麻麻排列着的就是换热板，装有自来水和地热水的换热板间隔排列，从而最大限度确保导热的效率。
为了更充分利用地热能，被初次取用过的地热水，还将通过热泵被再次取用。
中石化新星绿源咸阳地热站站长 张兴兴：我们地热井一般上来地热水在80℃左右，通过一级换热之后，地热水降到40℃左右。为了充分利用它的热能，我们进行了二次换热，通过热泵将地热水温度降到20℃以下，然后进行回灌，提取的热能转到二次侧进行供暖。
咸阳已实现地热供暖面积约780万平方米
据了解，地处渭河盆地中部的陕西咸阳，是关中地热田的核心区域，地热资源储量巨大。经测算，仅咸阳城区300平方公里范围内，地热能量就超过了500万亿千卡，折合标煤7.1亿吨。截至2022年底，咸阳市已实现地热供暖面积约780万平方米，其中武功县城区已全部拆除燃煤锅炉，地热供暖面积已达80多万平方米，成为陕西唯一的地热供暖“无烟”县城。自2008年以来，咸阳已累计实现减少燃煤约218.7万吨，减排二氧化碳约510万吨，有效助力当地减碳降霾，改善人居环境。
陕西咸阳：地下120米恒温土壤层 可供暖可制冷
刚才提到利用地下近三千米的地热水中的能量，来实现供暖。其实，地下还有一种热能，存在于更浅层的土壤中。还是在陕西咸阳，利用地下120米深土壤层20℃的恒定温度，不仅冬天可以实现供暖，夏天还可以制冷降温。
在延安大学咸阳医院的心血管病院大楼，这套供热制冷一体的地源热泵系统，已经保障了大楼冬季供暖、夏季用冷超过十年。由于这片区域地下约120米的土壤层温度恒定在20℃，工程人员将数百根U型管埋入土壤，并将软化水注入其中，同样经过物理传热后，再将变成20℃的水抽取到地面，就能实现地下取能。
地源热泵系统 冬季供热夏季制冷
总台记者 李大杰：制热又制冷的奥秘就在于我身旁的热泵。从地下120米循环上来的软化水到达热泵的温度大约为20℃。通过热泵加热或者制冷处理，再送到用户侧，从而同时满足用户夏季用冷和冬季供热的效果。
动画详解地源热泵供暖制冷原理
想要取用地下的热能，一般先要在地下钻凿约120米深的换热孔、放入U型管，在冬季，冷水通过U型管，经过地热层、获得热量，再经过热泵机组提升到40℃—50℃左右，经过室内末端系统给房间供暖，供暖后水温下降，然后再次注入地下U型管进行循环使用。而夏季则相反，从U型管抽出的水，通过热泵机组制冷，循环水7℃—12℃输送到室内降温。
据介绍，地源热泵利用的是地球表面的浅层地热能，只取热、不取水，属经济有效的节能技术。据测算，它比中央空调效率高出30%至50%，而且拥有更好的舒适度。
延安大学咸阳医院院长助理 张宗民：心血管病人对气温的要求比较特殊一点，他要求室温就在24℃到28℃，因为地源热泵能符合这种要求，所以就选用的地源热泵，病人对这个制冷供热还是相当满意的。
云南：“火山热海”泡温泉 浅层地热应用广
我们看到，陕西咸阳的供暖用到了两种地热资源，一种是浅层的，另一种是中深层的。日常生活中，大家最为熟知的地热资源就是温泉了。说到利用地热资源开发温泉，在我国自古就有，比如云南腾冲，火山地热相伴而生，温泉资源丰富。有文字记载，在明朝景泰二年，就有本地居民利用温泉沐浴疗养。
自腾冲市区南行八公里，就是国家5A级景区——热海。这个直径3米多，水深1.5米的“大滚锅”是热海的心脏。
总台记者 王子文：现在站在这个大滚锅的旁边，就能够闻到硫黄的气味，而且能够感受到汩汩冒出来的热气熏到身上的感觉。当地利用它的热气，开发了蒸汽的美食供大家品尝，有鸡蛋、花生还有土豆。鸡蛋吃起来很嫩很滑，还有一点咸味在里面，推荐大家亲自来尝一尝。
热海的温泉出水水温极高，最高达102℃，有14个温泉群的水温在90℃以上。热海泉质为碳酸氢钠型水，泉水和蒸汽中含有碳酸、硅酸盐、硫黄等矿物质，具有温度极高、水质极软、酸碱度适宜、矿化度极高的特点。
总台记者 王子文：我现在在腾冲市北海乡玛御谷的一个公交站，看到旁边有一个泡脚池。这个池子是一个开放式共享的温泉池，水温大概在40℃左右，泡泡脚是刚刚好的。
不光在城里，在腾冲的山区村寨，温泉大大提高了乡亲们的生活质量，也成为平日休闲交际的最爱场所。
总台记者 王子文：在我身后的山上就有几十处自涌泉泉眼，轮马社区的村民就近把温泉引到寨门口，盖起了这样一个综合的公共洗漱区。
腾冲市轮马社区党总支副书记 杨雪丽：我们轮马社区地热温泉丰富，有40余处温泉泉眼。以前，群众世代都是到山里面步行去洗澡沐浴，目前随着生活水平的提高，还有移民搬迁这些基础设施的完善，给群众的生活带来了很大的便捷。
云南地热资源丰富，许多地区，特别是高海拔山区，冬季气温较低。利用浅层地热能为居民提供热水或供暖。此外，云南的气候条件适宜农业发展，但部分地区的高海拔山区气温偏低，浅层地热还可应用于温室农业，通过地热供暖系统为温室提供热源，延长作物生长周期，改善作物生长环境，提高产量和品质。未来，利用地热能的优势，不仅能满足当地居民和产业的能源需求，还对节能减排和可持续发展起到积极作用。
地热能科学技术（大理）研究院院长 张大伟：整个滇西地区，还有西藏、川西是中国地热最好的地方。我们想着用三五年的时间带动整个滇西地热的发展。地热上来以后先进行发电，发电以后梯级利用，用于制冷、供热、供暖、康养文旅、游泳、洗浴、灌溉，这些用途还是比较广泛的，可以说是非常有前景的。
浅层、中深层和深层地热资源
专家介绍，地热资源按照不同深度，分为浅层地热资源、中深层地热资源，以及深层地热资源。那么，浅层、中深层和深层地热资源是怎么分类的？各自又有什么特点？
浅层地热资源在地下200米以内
从地面到地下200米以内，一般就是浅层地热资源，温度低于25℃，它们的特点是温度全年保持稳定，可以利用地表与室外空气温差，在冬季为室内供暖、夏季供冷。
中深层地热资源在地下200—3000米
从200米继续往下，到3000米之间，是中深层地热资源，埋藏的地下热水也就是我们熟知的温泉，就是其中一种。45℃以下的地热能可开发温泉、洗浴等康养产业；45℃到60℃可作供暖使用；60℃到90℃左右，供暖利用后的能量还能用于温室养殖；90℃以上的地热能可以用来发电。
深层地热资源在地下3000米以下
地下3000米以下，存在高温岩体，温度可超180℃甚至200℃以上，但是它里面没有流体，或仅含少量的水，这种高温岩体叫干热岩。
我国地热资源主要分布在三大地热带和盆地，储量约占全球资源量的1/6，年利用量连续多年位居世界第一。主要集中在地源热泵、地热供暖、温泉洗浴等方面。
如何发现地下热源？记者探访地热科学实验室
对于埋藏在地下的巨大热能，我们怎么才能知道地下几百米、几千米深处有多热？怎样才能把地热资源发掘出来呢？一起去位于北京昌平的地热重点实验室，寻找答案。
总台央视记者 张丛婧：地热资源的品质如何，又是怎样被勘探开发利用呢？一起去中国石化地热资源开发利用重点实验室一探究竟。
中国石化新星公司新能源研究院副院长 毛翔：我们在地表发现的温泉，在地下三四千米的温度是多少？因为没法把温度计送下去，所以我们就把水样中的化学成分测量出来，进而可以计算出来它在地下的温度。
记者：我现在取10毫升的温泉水。
中国石化新星公司新能源研究院副院长 毛翔：我们需要把显色剂加进去，它已经变色了。
记者：下一步把它放到光度计里面。
中国石化新星公司新能源研究院副院长 毛翔：测量的结果是温泉样品中二氧化硅的含量是74毫克每升，通过计算可以知道地层中它的温度差不多在110℃，这是一个非常优质的资源了，值得我们后续开发它来提取能量。
中国石化新星公司新能源研究院副院长 毛翔：这是一台真实的地热钻井钻机，通过这套钻机我们可以把井打到地下两三千米甚至更深，地热资源就可以通过这口井到达地表来供我们利用。
记者：这么大的钻机就靠这一台小的操作台来实现吗？
中国石化新星公司新能源研究院副院长 毛翔：对，没错，看起来是不是有点像赛车的感觉，这台系统是纯国产化的自动化程度非常高的钻机。
中国石化新星公司新能源研究院副院长 毛翔：这台仪器是潜水泵，把地下水抽出来之后，提取地热水中的热量，然后把温度降低之后的地热水通过另一口地热井回注到地层之中。
工作人员告诉我们，根据目前掌握的情况，地下几千米这个区域的地热温度很高，一般都会超过150℃，非常适合发电。但是人们想要利用这些资源，就需要先将地下岩石爆破，再注入冷水到高温岩石裂隙中，从而交换成水热来发电。使用过的水再经过处理，从回灌井注入地下，形成下一个采热循环。
海南：寻找“发烧”的岩石 探访最深地热探井
过去，地热资源开发利用多以浅层为主。现在，随着开发方式不断进步，地热的开发正在从水热型地热转向干热岩型地热。干热岩一般指温度大于180℃，埋在地下数千米处，内部不含或仅含少量流体的高温岩石。通俗来说，就是地下“发烧”的岩石，它被认为是极具战略潜力的替代清洁能源，目前国际社会对干热岩的勘查开发还处于探索阶段。眼下，我国第一口5000米深层地热科学探井——福深热1井正在海口钻探，我们一起去钻井现场看看。
深层地热科学探井——福深热1井勘探中
总台央视记者 张丛婧：这里是海南海口，大家看到的这个井架，就是正在施工的我国第一口5000米深层地热科学探井，工作人员正在进行钻井作业，去勘探地下五千米干热岩形成的地质条件和资源量。
这里位于全球四大高温地热带之一的环太平洋高温地热带上，现代火山活动强烈，距离最近的一个火山口只有不到十公里，是深层地热资源富集区。
中国石化石勘院 冯建赟：要打这样一口深层地热井，需要考虑热源、热储和盖层三个因素，这就好比用燃气灶煮一锅开水，这个地方的“燃气灶”就是地下的火山岩，勘探发现地下广泛的花岗岩就是很好的热储，在花岗岩之上又发育了一套很厚的泥岩，能起到保温作用，就是“锅盖”，这样的条件非常适合开发地热资源。
和普通油气井相比，在同样的深度下，地热井的温度要高得多。
总台央视记者 张丛婧：这里就是刚从地下四千米钻上来的岩屑，我们能感受到扑面而来的热气，来测一下温度，现在这里有80℃。工作人员告诉我，一般的井每往下钻一百米，温度升高2℃左右，而像这样的地热井，每钻一百米有时可以升温4℃。
特殊钻头和钻具 “咬碎地下发烧的岩石”
要想到地下5000米探寻深层地热资源，靠的是一根根钻杆紧密相连、依次深入。
福深热1井平台经理 魏巍：我们选用了预弯曲钻具组合，这种钻具组合就像火车头一样，带着这600根钻杆依次进入井下。同时为了保证这些钻杆不迷路，我们还选用了抗高温的测井斜仪器，能在高温达到180℃的情况下，实时监测到井下的井斜。
总台央视记者 张丛婧：都说“没有金刚钻不揽瓷器活”，为了打好这口井，这里专门研发了特殊的钻头和钻具。普通钻头上面的齿是比较平整的，就像我们的门牙一样。而这个特殊钻头，上面的齿有不同的剖面，就像我们牙齿不同的结构有不同功能一样，可以更好地去咬碎地下不同硬度的岩石。
中国石油大学（北京）研究员 史怀忠：我们设计了带有震动冲击的井下动力钻具，在钻井过程中，除了提供高转速以外，还可以提供纵向和周向的震动，使钻头的破岩效率提高。
从钻取的岩石可判断地热资源丰富度
总台央视记者 张丛婧：这些都是钻井过程中取出来的岩心，有来自地下3000米的砾岩，有来自地下1800米的花岗岩。工作人员告诉我，这块石头的年龄距今有2亿多年，通过它们可以判断这里地热资源的丰富程度。
中国石化石勘院 冯建赟：跟干热岩是同一种类型的岩石，发黄的叫绿帘石，这个发黑的叫绿泥石，更暗的这个叫绢云母，这三种矿物说明了它在形成之后有200到300℃的热液流体在这上边流动之后，形成矿物的沉淀。还有一些金光闪闪的叫黄铁矿，是低温流体沉淀下来，这些矿物组合就说明这块有高温的热液。
干热岩资源可用于发电 尚处于探索阶段
想要利用干热岩蕴藏的丰富热量，通过物探、钻井等手段找到它，只是第一步。接下来，还需要用水力压裂等人工改造，把岩石变得像海绵一样多孔，然后再通过地热井往这个“人造海绵”里注水，用岩石的高温把水加热。最后，通过另一口地热井抽出热水或蒸汽，就可以用来发电等利用了。
当前，我国干热岩资源勘探开发尚处于探索阶段。我国干热岩资源潜力主要分布于青藏高原及周边，华南火成岩分布区，东部沉积盆地深部，腾冲、长白山等近代火山活动区。据评估，我国大陆3—10千米深处，干热岩资源总量折合标煤856万亿吨。2017年青海共和盆地干热岩勘探取得重大突破，并于2021年实现了试验性发电与并网。此外，河北唐山、江苏兴化等地也已实施以干热岩等深层地热资源为目的的地热探井。
我国地热直接利用量连续多年居世界第一
近10年，我国水热型地热能直接利用以年均10%的速度增长，截至2020年底，我国地热直接利用装机容量占全球地热直接利用装机容量的约38%，地热直接利用年利用量连续多年位居世界第一。未来，地热供暖制冷、江水源和干热岩利用等地热利用方向，仍大有可为。
中国工程院院士 马永生：我国的地热产业从供应端到产业链条，已经比较健全。从原来大家熟知的简单地热利用，就是温泉洗浴，现在已经拓展到了地热供暖、农业、渔业等。我国的地热能直接利用，特别是城市供暖，从总量来说已经是全球第一。
截至2021年底，我国地热能供暖面积累计达13.3亿平方米。据中国地质调查局调查评价结果统计，中国336个主要城市浅层地热能年可采资源量折合7亿吨标准煤，可实现供暖（制冷）建筑面积320亿平方米。
国家地热能中心技术委员会主任 郭旭升：地热资源的直接利用，浅层和中深层资源利用，我们已经形成了比较完备的技术体系，但是还有很多发展空间。包括现在江水源都可以用起来了，作为地热资源，供暖、制冷，这方面我觉得前景还非常好。再一个就是我们要向深层，向干热岩进军。
江水源 干热岩 地热资源利用大有可为
据初步估算，中国大陆埋深3—10千米深度内，干热岩资源量折合标煤856万亿吨，其中埋深在5500米以内的折合标煤106万亿吨。
中国石化新星公司新能源研究院副院长 毛翔：我们常规说的地热是包括三个单元的：一部分是常规的地热能，我们用来供暖制冷的；还有一部分是地热水本身，大家利用的温泉一般指的是利用它地热水的一个属性；同时地热还有第三个属性，就是在地热水中伴生的这些有用的矿物元素，比如说锂元素、氦气等，而锂就是我们在新能源时代相关的电池必备必需的一种元素，而氦在一些高科技产业也是非常必需的，所以说这个可能也是未来地热能够给我们人类作贡献的一个方向。
（总台央视记者 张伟 张丛婧 唐志坚 王博丰 张伟克 李大杰 王溪 申泷洋 腾冲台 大理台）
