基于SWOT模型的中國地熱資源開發(fā)利用戰(zhàn)略研究

趙　洋，張　艷，鞠美庭，嚴　利

(1.南開大學環(huán)境科學與工程學院，天津 300071；2.中國地質科學院礦產資源研究所，北京 100037；3.科學技術部科技人才交流開發(fā)服務中心，北京 100045)

基于SWOT模型的中國地熱資源開發(fā)利用戰(zhàn)略研究

趙洋1，張艷2，鞠美庭1，嚴利3

(1.南開大學環(huán)境科學與工程學院，天津 300071；2.中國地質科學院礦產資源研究所，北京 100037；3.科學技術部科技人才交流開發(fā)服務中心，北京 100045)

摘要：本文通過構建SWOT模型，對我國地熱資源開發(fā)利用狀況進行全面的分析，認為我國地熱資源在地質特征上具有一定的優(yōu)勢，同時，部分地區(qū)利用已成規(guī)模。但是總體來說，我國地熱資源在開發(fā)利用上還存在一定的問題，影響了地熱資源的可持續(xù)性利用。隨著我國新能源開發(fā)的深入，要對地熱能利用進行合理的調控，從中央到地方建立完善的管理體系，通過總體開發(fā)規(guī)劃的確認，相關法律的制定，綜合利用方式的推廣等措施，保障我國地熱資源的可持續(xù)發(fā)展。在實證分析中，本文選擇M縣作為案例，結合AHP層次分析法，對影響當地地熱開發(fā)利用的主要因素進行分類，建立M縣開發(fā)利用評價模型，提出對策建議，以推進當地地熱資源的開發(fā)利用。

關鍵詞：地熱資源；SWOT模型；可持續(xù)發(fā)展；AHP層次分析法

國際能源專家普遍認同，新能源和可再生能源是 21 世紀必將得到重視和飛速發(fā)展的能源礦產。其中，地熱資源因其覆蓋面積大、環(huán)保性強等優(yōu)勢被各國作為緩解能源緊張和防治污染的重要能源之一。在剛剛公布的《2016年能源工作指導意見》中明確指出，在京津冀等北方城鎮(zhèn)地區(qū)推廣中深層地熱能集中供暖，在長江中下游地區(qū)推廣地源熱泵供暖制冷應用，推進西藏高溫地熱發(fā)電項目建設和中低溫地熱發(fā)電試驗。

地球內部地熱能的總量，相當于1.7億倍全球煤炭的總儲量，而每年從地表散失的熱量，與1000億桶石油燃燒產生的熱量相當，這樣計算下來，地熱資源要比水力發(fā)電的潛力高100 倍[1]。運用地熱能源最簡單和最合乎成本效益的方法，就是直接抽取這些熱源，并利用其中的能量。同時，地熱在運用過程中所產生的二氧化碳的排放量，較常規(guī)化石能源來說較少，具有很大優(yōu)勢。因此，在成熟的技術條件下，新開發(fā)的地熱系統(tǒng)可以取代部分逐步被淘汰的傳統(tǒng)能源系統(tǒng)。

1我國地熱資源開發(fā)利用SWOT分析

SWOT分析模型包括優(yōu)勢(strengths)、劣勢(weaknesses)，機會(opportunities)、威脅(threats)四個部分，各個部分彼此相關聯，涵蓋了生產和生活中的各種狀態(tài)及其所處的環(huán)境系統(tǒng)，用SWOT框架對我國的地熱資源開發(fā)利用進行模擬，并且將可持續(xù)發(fā)展的思想灌輸到整個過程當中，這對于我國地熱資源的發(fā)展和利用，具有非常重要的現實意義。

1.1優(yōu)勢分析

1)數據顯示，我國的地熱資源約占全球資源量的六分之一，其中，淺層地熱能每年可利用量達到3.5億t標準煤，中深層地熱能每年可利用量達到6.4億t標準煤；干熱巖現在正處在開發(fā)階段，資源量相當于860萬億t標準煤[2]。

2)我國重點城市淺層地熱能資源量為2.78×1020J，每年減少的二氧化碳排放量達到6.52億t；主要平原(盆地)沉積盆地熱資源儲量為2.5×1022J，每年可減少二氧化碳排放量為14.0億t；我國溫泉區(qū)的放熱量總計可達1.32×1017J，每年可減少二氧化碳排放5930萬t[3]。

3)我國從20世紀70年代中期已經開始地熱資源的勘探利用，經過多年的發(fā)展，在部分地區(qū)已經形成了以高溫發(fā)電、供熱取暖、溫泉洗浴、熱水醫(yī)療和農業(yè)種植、水產養(yǎng)殖為主的地熱資源綜合開發(fā)利用體系。

1.2劣勢分析

1)如果地熱資源開采，不能夠保證科學合理、節(jié)制有序，也會對所開發(fā)地區(qū)的環(huán)境造成巨大的危害。地面沉降、熱污染、化學污染、氣體污染都是在地熱資源開發(fā)過程中必須面對的問題。

2)就目前的情況來看，盡管我國地熱資源比較豐富，但是各地對于地熱作為替代性礦產資源的認識還不夠全面，技術比發(fā)達國家滯后。我國增強型地熱系統(tǒng)的研究開發(fā)起步較晚，高溫地熱發(fā)電的資料欠缺；淺層地熱能中地源熱泵利用的問題很多，熱能的利用率較低[4]。此外，地熱開發(fā)的回灌技術、地熱井的結垢、設備腐蝕等問題也由于技術的限制，尚未全部解決。

3)按照循環(huán)性能源行業(yè)生命周期規(guī)律，地熱資源在開發(fā)初期運營成本較高、風險較大，高額的成本抑制了地熱等資源的市場發(fā)展，反過來，市場的局限性又會給可再生能源的開發(fā)利用增加一定的壓力，長此以往，并不利于地熱資源的開發(fā)和利用[5]。

1.3機遇分析

1)我國的傳統(tǒng)化石能源是較為稀缺的。自1992年起，人均能源生產量就已經出現缺口；我國對于石油的需求也在持續(xù)增大，2014年，石油儲量僅占世界的1.1%，產量也只占世界的5.0%，消費量達到了世界的12.4%；2014年，我國的煤炭基礎儲量已不足2500億t，較2002年減少900多億噸。

2)能源結構的不合理對我國環(huán)境保護造成了較大的影響。2014年，我國煤炭和石油的消費量占國家能源消費總量的83.1%，而可再生能源所占的比重非常小，僅占11%。同年，碳排放總量為97.61億t，比上一年增長了0.9%，占世界碳排放總量的27.5%，碳排放的程度與我國的經濟發(fā)展水平基本同步增長(圖1)。

圖1 碳排放量及國內生產總值增長趨勢(數據來源：BP世界能源統(tǒng)計2015，國家統(tǒng)計局)

1.4威脅分析

1)對地熱資源的屬性存在認識上的錯誤。地熱需要水作為載體傳輸熱能，但是，對于地熱的開發(fā)利用并不能說是水本身，在我國的法律里明確規(guī)定，地熱是能源類礦產，地熱水不同于地下水。

2)地熱資源開發(fā)利用的法律體系不完備。在新能源立法體系中，我國缺乏地熱資源的專項立法。而與之相關的具體規(guī)定，大多為部門規(guī)章，甚至于地方法規(guī)，現實中，法律的實施也經常會相互矛盾[6]。

3)對地熱開發(fā)利用的管理不到位。如上所述，地熱水的礦產資源屬性仍然沒有在法律中得到完全的確認，這一狀況致使各行政部門在進行地熱資源管理時，職能交叉重復，政出多門；由于動態(tài)管理不完善，地熱開發(fā)的準入門檻低；相關職能部門對地熱資源開發(fā)的激勵機制還未完善。

4)地熱開發(fā)產業(yè)同質化嚴重，熱能利用率低，資源浪費比較嚴重。因為缺少整體規(guī)劃，不少地熱井權屬問題嚴重。中國工程院院士，國家地熱能中心指導委員會主任曹耀峰介紹，連續(xù)多年地熱資源的利用中，我國已居世界首位，但是我們主要是溫泉洗浴，發(fā)電僅僅排名在世界第18位，這些都是值得關注的問題[7]。

綜合以上分析，可以找出我國地熱資源開發(fā)利用所面臨的機會和潛在威脅，及自身所具有的優(yōu)勢和劣勢，利用SWOT矩陣分析工具，可以通過四個象限進行歸納與提煉，深入分析我國地熱資源的總體情況，并從中梳理出切合的發(fā)展方向(表1)。

2地熱資源開發(fā)利用案例評價

本節(jié)將采用層次分析法，以定性和定量相結合的方式對M縣地熱開發(fā)利用的情況進行評價，找出影響發(fā)展過程的主要因素并分析原因，探討相關的對策和方案，為M縣地熱開發(fā)利用提供科學依據。

層次分析法(AHP)是將研究的問題按總目標、子目標、決策方案的順序分解為不同的結構。本研究結合已有的資料、調查數據，邀請專家對矩陣的指標進行權重賦值，最終經過YAAHP軟件計算得出結果。

2.1第一步，應用軟件建立模型

應用AHP進行研究。確定目標層：M縣地熱開發(fā)利用評價；中間層：影響M縣地熱發(fā)展的現狀要素，將中間層劃分為資源條件、開發(fā)利用率、管理水平3個方面。資源條件包括儲量、水質、分布范圍；開發(fā)利用效率包括，環(huán)境污染狀況、回灌水平、綜合利用率；管理水平包括地熱勘探程度、政府監(jiān)管、相關礦權設置及總體開發(fā)規(guī)劃。最后，綜合各方因素，構建出M縣地熱開發(fā)利用評價的層次結構模型，包括3個一級指標和10個二級指標(圖2)。

2.2第二步，模型結果輸出

表1　中國地熱資源開發(fā)利用的SWOT分析矩陣

表2　M縣地熱開發(fā)利用現狀評價

注：一致性比例(CR)：0.0236；對“M縣地熱開發(fā)利用現狀評價”的權重：1.0000；λmax：3.0246。

2.3第三步，結合模型，進行現狀分析

目前，M縣現使用的地熱井約有10口之多，當地油田區(qū)約3口，M縣約7～8口，油田區(qū)的多為采油的伴生水，M縣所用多為館陶組水層，水溫多為35℃上下，多數熱水井用于供暖、洗浴，這些井大多為當地自行開采井，礦權歸屬不詳。M縣地熱自開發(fā)利用以來，一直處于比較盲目的狀態(tài)，無序打井、無序開采、無序排放的情況相當普遍?？梢哉f，M縣地熱資源開發(fā)的狀況并不盡如人意：

1)區(qū)域地熱資源比較豐富。在一級指標中“資源條件”(0.6833)的權重明顯大于另外2個方案的權重，由權重值可以看出，目前，當地的地熱資源狀況具有一定的優(yōu)勢，M縣的北部，地熱資源均較為豐富，并且已知的地熱井產水溫度大多在70℃以上，最高達104℃，日產水多在1200m3以上。這是M縣地區(qū)開發(fā)地熱資源及發(fā)展相關產業(yè)較為重要的因素。

2)區(qū)域地熱開發(fā)利用現狀堪憂。與豐富的地熱資源相比較，可以看出，M縣地熱開發(fā)利用的效率(0.1168)和地熱資源管理水平(0.1998)相對較弱。對10個二級指標的權重進行分析(表3)，可以看出，粗放式開發(fā)利用地熱資源，不注重尾水回灌和綜合利用，造成了一定的浪費和環(huán)境污染。管理過程中，權重較大的是勘探程度，這也是多年來，相關部門重視地熱開發(fā)的結果，但是綜合來看，M縣地區(qū)地熱開發(fā)的總體規(guī)劃并不完善，地熱資源開發(fā)利用的監(jiān)管和礦權設置也不盡人意。這些都是制約著當地地熱資源開發(fā)利用的關鍵原因。

圖2　M縣地熱開發(fā)利用評價模型

現狀要素權重現狀要素權重方案權重分布范圍0.3037熱水集約利用0.3289資源條件0.6833儲量0.3037重視尾水回灌0.2960水質0.0759加大綜合管理能力0.1433環(huán)境污染程度0.0871熱水分層管理0.2319開發(fā)利用效率0.1168回灌水平0.0183綜合利用率0.0115管理水平0.1998勘探程度0.0989監(jiān)管程度0.0464地熱礦權設置0.0273總體開發(fā)規(guī)劃0.0273

3)資源的利用缺乏規(guī)劃，浪費嚴重。M縣的地熱井零星分布，熱水利用較為初級，大多熱水井都用于供暖、洗浴，及少量養(yǎng)殖，利用率較低，資源浪費嚴重。這些熱水都沒有實現梯級利用，在供暖之后，很大一部分尾水的溫度達到30℃～40℃，棄水溫度較高，造成了資源的嚴重浪費。

4)地熱井的產權模糊，后期開發(fā)力量薄弱。在M縣，甚至周邊的很多地區(qū)，地熱資源的開發(fā)利用沒有形成規(guī)?；芏酂崴际钱數氐男∑髽I(yè)主自發(fā)開采的，花費的人力物力很大，但是由于后期資金的缺乏，不少熱水井自出水之日起，就一直未投入利用。

5)由于開發(fā)的盲目性，造成了一定的環(huán)境污染。地熱資源的開發(fā)要求“一采一注”，必須要有回灌井，用以延長生產井壽命并減少環(huán)境污染。但是，當地的很多地熱井由私人開發(fā)，對于地熱回灌不是很重視。地熱井開采過程中的“跑、冒、滴、漏”以及地熱尾水外排，使得地下水能量逐步衰竭，流向地表的尾水造成了土地的鹽堿化和地表水源的污染。

可以看到，M縣地熱資源開發(fā)利用的程度并不十分理想，資源的可持續(xù)利用總體水平不高。因此說，對于M縣地熱資源最緊要的是加強資源的集約利用，保護環(huán)境，重視尾水回灌，這都需要在現有理論和技術成果的基礎上加大綜合管理的能力。

3M縣地熱開發(fā)利用建議

M縣的地熱資源開發(fā)利用具有很大的潛力。在國家和地區(qū)政策的影響下，在建設社會主義新農村大環(huán)境的帶動下，M縣對于地熱資源的需求會逐年增長。

首先，分層管理，對區(qū)域內的熱水資源進行合理的規(guī)劃。M縣區(qū)域內有三套熱水儲層，自下而上為：中上元古界的硅質白云巖及下古生界的白云巖、灰?guī)r；下第三系的砂礫巖層；上第三系的砂巖。每個熱儲層的地熱水的溫度、礦化度、有所不同，因此應分層管理。對于上第三系的熱水，由于水質較好，溫度適宜，可以做多用途使用；中上元古界和下第三系的水，因為水質問題，不宜直接作為飲用礦泉水、農業(yè)灌溉和水產養(yǎng)殖，但是可以利用其熱量發(fā)展農業(yè)種植養(yǎng)殖。M縣有關部門在進行地熱水開發(fā)過程中，應該針對全部區(qū)域的熱水資源進行整體勘察，組織編寫總體的地熱資源開發(fā)規(guī)劃，作為地熱投資主體的參考資料。在項目審批過程中，應對其開采區(qū)域和開發(fā)方式進行審查，對于不符合熱儲特點的開發(fā)一律予以否定，避免對資源的破壞和浪費。

其次，集約利用，轉變地熱利用的舊方式。上文所述，M縣及周邊地區(qū)，地熱水大部分變?yōu)榱恕跋丛杷?，基本用于溫泉開發(fā)和小區(qū)取暖，白白浪費了大好的熱水。集約利用要求重視地熱資源的梯級利用：做好所需熱能量的計算，并實行梯級熱能分配，提高熱能利用率，防止損耗；合理提取熱水，采用先進技術監(jiān)控熱水開采量，節(jié)約用水；嚴格控制尾水排放，充分利用地熱，防止污染[8]。M縣具有豐富的淡水資源，在利用溫泉開發(fā)旅游業(yè)的同時，還可以利用地熱溫度發(fā)展淡水養(yǎng)殖及農業(yè)種植，主要涉及越冬動植物的生長。地熱的集約化利用，可以提高M縣中低溫地熱水的利用率，使地熱資源的利用更為合理和經濟。

再次，重視地熱水回灌，保護當地環(huán)境。前文所述，地熱水回灌是目前地熱資源利用的一個難題，也是必須面對和亟待解決的。根據《農業(yè)灌溉水質標準》，M縣部分地熱井水質全鹽量超標，根據《漁業(yè)水質標準》，汞、銅、鋅、氟化物超標，不能直接用于水產養(yǎng)殖?？梢哉f，M縣的地熱水直接向地表排放，必然會造成地表環(huán)境的污染，也不利于地下熱能的恢復。M縣應該開始回灌研究的工作，由政府全額或部分自助，提高回灌技術水平。在管理上也應嚴格要求，新的地熱利用項目必須要求有回灌井的建設，已存在熱水井的地區(qū)在允許情況下必須補建回灌井。

最后，政府搭建平臺，業(yè)主聯合，實現規(guī)?；谩Ｓ捎诘責釋儆谛履茉?，并且初期投入過高，技術不成熟，政府的關注度不大，在M縣及周邊地區(qū)，很多地熱井由于資金缺乏處于空置狀態(tài)，需由政府積極地引導和幫助。第一，政府應搭建地熱開發(fā)的平臺，擴大M縣的地熱資源對外宣傳面，加大招商引資力度，同時聯合當地的地熱企業(yè)協同合作，共同開發(fā)；第二，政府要從技術和資金等方面為企業(yè)提供幫扶，出臺地熱開發(fā)的優(yōu)惠政策，協助地熱企業(yè)進行資源的開采和利用；第三，在幫助和扶持的同時政府還要加強對企業(yè)的監(jiān)管，防止盲目開發(fā)，過度開采，保證地熱資源的可持續(xù)利用。

參考文獻

[1]汪集旸.地熱能開發(fā)利用與節(jié)能減排[R].2012.

[2]吳新雄，吳新雄.科學、清潔、高效、可持續(xù)地發(fā)展地熱能[J].能源，2014(3)：38-39.

[3]藺文靜，劉志明，王婉麗，等.中國地熱資源及其潛力評估[J].中國地質，2013(1)：312-321.

[4]關鋅.我國地熱資源開發(fā)利用現狀及對策與建議[J].中國礦業(yè)，2010，19(5)：7-9.

[5]郭麗華，孫友宏，王璐.中國地熱資源融資模式的探討[J].世界地質，2009，28(4)：533-538.

[6]袁華江.地熱資源的法律性質及其規(guī)制探析[J].鄱陽湖學刊，2011(5)：79-86.

[7]中國地熱資源利用居世界首位 地熱能源發(fā)展前景廣闊[EB/OL].http：//www.chinanews.com/ny/2014/11-25/6812865.shtml

[8]閻敦實，于英太.京津冀油區(qū)地熱資源評價與利用[M].武漢：中國地質大學出版社，2000.

Strategical study of China’s geothermal resource development and utilization based on SWOT model

ZHAO Yang1，ZHANG Yan2，JU Mei-ting1，YAN Li3

(1.College of Environmental Science and Engineering，Nankai University，Tianjin 300071，China；2.Institute of Mineral Resources，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing 100037，China；3.Exchange，Development & Service Center for Science & Technology Talents，The Ministry of Science & Technology(MOST)，Beijing 100045，China)

Abstract:By constructing a SWOT model，this paper makes a comprehensive analysis of the development and utilization of geothermal resources situation in our country.The geothermal resources of our country have certain advantages in the geological characteristics；meanwhile，the using has become a scale in some parts.But there are many problems in the development and utilization which affect the sustainable use of geothermal resources.We must adopt adequate measures to guarantee the geothermal energy sustainable development，including reasonable regulation，overall development plan，formulation of laws，and promotion of comprehensive utilization.The empirical analysis has been done on utilization of geothermal resources situation of M County using Analytic hierarchy process (AHP) method，and put forwards some countermeasure and suggestion to promote the development and utilization of local geothermal resources.

Key words：geothermal resource；SWOT model；sustainable development；analytic hierarchy process (AHP)

收稿日期：2016-01-25

基金項目：中國地質調查局地質調查子項目“中國戰(zhàn)略性礦產安全評價與支持系統(tǒng)建設”資助(編號：12120114052901)

作者簡介：趙洋(1977-)，女，河南南陽人，博士后，主要從事礦產資源評價、排污權交易政策研究。E-mail: hhyy21@126.com。 通訊作者：張艷(1980-)，女，河南洛陽人，博士后，副研究員，主要從事能源經濟與政策研究。E-mail: wangzhebox@vip.sohu.com。

中圖分類號：TD989

文獻標識碼：A

文章編號：1004-4051(2016)06-0044-05