2022年地热能行业发展现状及未来趋势分析 开山股份地热发电技术已完成验证

1、 地热能储量巨大，是一种重要的可再生能源

压缩机地球内部蕴藏着巨大的能量。由于地球表面持续受到太阳辐射以及地 球内部不断进行着放射性元素的衰变，地球内部在不断产生热能。地球内部 温度很高，并且离地心越近，温度越高，平均深度增加 100 米，地层温度升 高 2.5℃，地心温度接近 7000℃。地球内部的能量由地球形成之初和放射性元素衰变构成，分别占有 20%和 80%，热能从温度高的地核传导到地面，因 此离地心越近的地方能量密度越大，并且地球内部的热量会将地壳中的地下 水加热，使得热水和蒸汽渗透出地面，从而形成了从美国黄石公园到我国西 藏羊八井等地壮观的地热喷涌奇观。每年从地球内部传到地面的热能相当于 100πW（1πW=1000 万亿 W=1015 W），折合 100 万亿度电，是 2010 年 全球耗电量 18.466 万亿度的 5 倍以上。

地热能是一种重要的清洁可再生能源。地热能是一种存在于地球内部岩土 体、流体和岩浆体中，并且可以被人类开发利用的热能，其根本来源是地球 的熔融岩浆和放射性元素衰变时发出的热量。地热能可以引发火山爆发以及 地震，能量巨大。地热能是一种可再生能源，并且不会导致大气污染，具有 储量大、分布广、绿色低碳、稳定可靠等特点。根据美国地热能协会官方数 据，地热能占可再生能源的比例为 6.2%，是一种重要的新能源。地热能主 要存在形式为蒸汽、热水、地压、干热岩和熔岩，目前最主要的利用形式包 括蒸汽和热水。

地热能具有多种分类。根据地热能性质和存在状态的不同，可以分为热水型 地热能、蒸汽型地热能、干热岩型地热能、地压型地热能、岩浆型地热能、 沉积盆地型地热能等；根据储存位置的不同，可以分为浅层地热能（温度低 于 25℃、深度小于 200 米）、中深层地热能（温度高于 25℃、深度在 3000 米以内）和超深层地热能（温度高于 150℃、深度大于 3000 米）等；根据 热储温度的不同，可以分为高温地热能（150~300℃）、中温地热能 （90~150℃）和低温地热能（25~90℃），其中低温地热还可分为温水 （25~40℃）、温热水（40~60℃）和热水（60~90℃）。

地热直接利用和地热发电是主要形式。地热能量巨大，地核温度可达到 7000℃，但是难以直接被人类应用。根据地热能源流体的温度不同，利用的 方式也不同。200~400℃的地热能可以直接用于发电，150~200℃的地热能 可用于制冷、工业干燥和工业热加工，100~150℃的地热能可以用于供暖、 脱水加工、回收盐类、罐头食品等，0~50℃的地热能可以用于沐浴、水产养 殖、饲养牲畜、土壤加温等。我国主要用于地热发电、地热采暖、地热水 疗、构筑地热房以及种植和养殖业等。目前，根据地热温度梯级开发和综合 利用已经成为国外地热领域研究探索的热点方向。同时地热发电资源较好的 国家或地区可以将地热发电用于制氢或者储能，可以实现地热资源的有效和 合理的利用。

扩容式蒸汽发电系统是主要的地热发电模式。目前全球地热发电模式主要包 括适用于高温热田的干蒸汽发电系统、适用于中高温热田的扩容式蒸汽发电 系统和适用于中低温热田的双循环发电系统，其中扩容式发电系统占地热发 电市场的 57%。根据 ReportLinker 预计数据，2020~2027 年，干蒸汽发电 系统、扩容式蒸汽发电系统和双循环发电系统的复合增速为 8.4%、10.6%和 8.8%，扩容式蒸汽发电系统仍然将占据主要市场份额，双循环发电系统占有 重要地位。

2、“美印”领衔全球地热发电产业发展，行业进入“加速期”

全球地热能主要分布于 4 个高温地热带地区。国际能源署、中国科学院和中 国工程院等机构的研究报告显示，世界地热能基础资源总量为 1.25×1027 焦 耳（折合 4.27×108 亿吨标准煤），是当前全球一次能源年度消费总量的二 百万倍以上（当前全球一次能源消费总量按 200 亿吨标准煤计算），地热能 资源庞大，可以显著改善全球的能源问题。全球地热能主要集中在 4 个高温 地热带上，分别是：大西洋中脊地热带，东非裂谷地热带，环太平洋地热带 以及地中海-喜马拉雅地热带。

印度尼西亚地热资源储量全球第一。印度尼西亚地热资源储藏量居世界第 一，约为 29,000MW，占全球地热资源总量的 40%，相当于 13 亿桶原油， 目前仅利用了其地热能总量的 6%左右，大部分资源目前尚未得到开发，存 在潜力巨大的市场开发前景。

地热能开发利用历史悠久，全球地热能发电装机量约 16GW。人类对地热资 源的开发利用已超过 4000 年历史，不过将其作为一种能源来开发利用是在 人类进入工业文明时代以后才开始的。根据中国地质调查局文献中心数据， 2020 年全球地热发电装机容量为 15950MW，而雷斯塔能源预测 2025 年全 球地热发电装机容量将达到 24GW，相比 2020 年增长 50%以上。

图：2010-2025 年全球地热发电总装机容量（单位：MW）

全球地热发电量超过 90TWH，累计装机容量逐年增长。与其他可再生能源 发电技术相比，地热能发电机组具有利用率高、度电环境影响小、成本具有 竞争性等优势，同时地热发电不受天气影响。根据前瞻产业研究院数据， 2019 年全球累计装机容量为 13.93GW，占全球可再生能源装机量的 0.97%。根据国际能源署数据，2019 年全球地热发电量达到了 91.8 太瓦 时，同比增长 3%，目前还处于平缓增长的阶段。

地热发电市场分布集中，美国装机量全球第一，我国发展较缓。根据前瞻产 业研究院数据，2019 年底，全球地热发电累计装机容量 top5 的国家分布为 美国、印度尼西亚、菲律宾、土耳其、新西兰，累计装机量分别为 2555MW、2131MW、1928MW、1515MW、965MW，合计占全球总量的 65.78%，市场分布比较集中。截止 2020 年底，全球地热发电装机量为 15608MW，其中美国、印度尼西亚、菲律宾地热装机容量分别为 3700MW、2289MW 和 1918MW，分别位列全球第 1、2、3 位，分别占全 球的 23.7%、14.7%和 12.3%，地热发电装机排名前十的国家占到全球地热 发电装机总量的 90%以上。中国 2020 年地热发电装机容量为 34.9MW，排 全球第 19 位，地热发电量为 174.6GWh/a，我国的地热发电行业发展还明显 落后于其他领先国家。

土耳其与印尼发展势头“凶猛”，印尼有望超过美国。根据前瞻产业研究院数 据，美国与菲律宾 2010 年地热累计装机量占全球比例为 24.07%和 18.48%，2019 年为 18.34%和 13.84%。随着全球其他地区地热能开发利用 力度的加大，美国和菲律宾的占比有所下滑，印尼和土耳其的占比逐年上升，2017 年，土耳其的占比超过了新西兰，跃居全球第四；2018 年，印尼 超过了菲律宾，跃居全球第二。根据 Think Geoenergy 数据，2010~2018 年 全球地热能发电装机量新增了 4341MW，其中土耳其新增装机量为 1317MW，占总量的 30%。印度尼西亚和美国新增装机量分别为 956MW 和 959MW，分别占总量的 22%和 13.8%。2020 年土耳其累计装机量已经达到 了 3488MW，排名全球第五。从新增装机量来看，根据 Think GeoEnergy 数据，2020 年全球新增地热发电装机容量为 202MW，其中土耳其新增 168MW，占全球 83.17%，远远领先于其他国家。

美国地热政策发展历史较长，政府投入大量资金促进行业发展。美国地热政 策发展超过 40 余年，较早颁布的《1967 年加州地热法案》《1970 年联邦 地热蒸汽法案》确立了地热定义及其所有权问题。随后《1975 年能源安全法 案》《1979 年公用事业管制政策法案》、地热贷款担保计划和商业投资抵免 政策等一系列法案都加大了对地热勘探、地热钻井、地热开发利用等方面的 投入。为了发展地热发电，美国推出了减税的政策优惠，并且在地热发电提 供了大量的开发资金，美国能源部 2011 年在 6 月 8 日宣布投资 7000 万元 发展地热技术，2011 年 9 约 8 日宣布未来三年拨款 3800 万美元加快发展地 热技术，2014 年宣布提供 3.38 亿美元奖励资金用于探索开发新的地热领 域，美国对地热发电的补贴政策优于全球其他地区。

印尼政府重视地热发电，优惠政策提供良好的发展环境。为了促进地热开 发，2006 年印尼颁布了《总统关于国家能源政策令》和 2007 年的《能源 法》，规定要促进可再生能源开发业务。2014 年又规定了新的《新国家能源 政策》。2012 年 9 月，规定国营电力公司必须以固定价格收购地热电力， 同年 12 月公布的所得税优惠政策也将地热发电投资列入适用对象。为了支 持建设地热发电站，印尼还在各地积极建设高速公路。印尼目前总装机量约 2.3GW，印尼政府计划 2025 年装机量达到 7GW，印尼将是全球地热发电项 目最集中的地方之一。

未来地热能投资力度有望增大。根据雷斯塔能源的数据，2019 年全球地热 井数量为 223 座，2010~2020 年全球新增地热能投资总量约 400 亿美元， 预计 2021~2025 年全球地热能投资规模可达到 250 亿美元，地热能井数量 可达到 380 座，投资力度将有所提升。

地热发电具备发展潜力，未来装机量将持续增加。目前全球地热发电装机量 仅占全球非水可再生能源装机量的 1%左右，但是贡献了 3%以上的发电量， 原因是地热发电相对于其他可再生能源发电机组具有更高的利用率。从国际 经验看，平均年可利用可达 6300 小时，先进机组可达 8000 小时。在资源条 件合适的地区，地热发电在电力平准化成本上可以和其他可再生能源媲美。未来如果要将全球平均温升控制在 2℃以内，2040 年全球地热发电装机容量 将增加到 82GW，地热发电量需要达到 533 太瓦时，是目前水平的 5 倍以 上。

3、 开山股份地热发电技术已完成验证，地热业务进入“爆发期”

公司自 2011 年以来一直致力于螺杆技术在可再生能源发电领域的应用开 发。公司多年来在钢铁、炼化等领域开展余热回收项目和地热发电项目的应 用。从 2011 年至 2020 年，公司先后参与了美国阿拉斯加 Chena 温泉度假 村项目、美国新墨西哥州地热发电项目一期及二期、海南炼化芳烃冷却余热 发电项目一期及二期等项目，在复杂工况场合的应用下，公司的技术不断优 化，使得公司的螺杆膨胀机组发电技术日趋成熟。

螺杆膨胀机是一种新型能源回收装置，也是公司余热回收和地热发电核心设 备。螺杆膨胀机是一种回收低品位热能的能源回收装置，其工作原理相当于 螺杆式压缩机的逆向运行，能够回收低品位热能并直接转换成电能，是螺杆 膨胀技术的核心设备，也是当前能源利利用领域的新型能源回收装置。螺杆 膨胀技术是世界领先的低品位热力发电技术，包括利用余热直接膨胀和有机 朗肯循环（ORC）膨胀技术，开山股份同时掌握利用余压的直接膨胀发电机 组和利用余热的有机朗肯循环(ORC)膨胀发电机组，直接膨胀和 ORC 串级 发电机组等多种开山专利的高效循环。公司的螺杆膨胀技术能够分层高效利 用低品位余热余压，效率和可靠性世界领先。该技术可大规模应用于地热发 电、余热发电、生物质能发电、余压发电等新型电源和可再生能源。

图：膨胀发电设备主要类型

螺杆膨胀机相对于汽轮机和轴流式膨胀机具有一定的优势。现有的将热能转 换成机械能或者电能的动力机，主要有汽油机、柴油机和燃气轮机和利用蒸 汽冲转的汽轮机、轴流式膨胀机、螺杆膨胀机。低品位能源一般都以蒸汽、 汽水混合物、热水等形态存在，或者其他形态通过换热器转换成这种形态存 在，因而回收低品位能源的设备主要以螺杆膨胀机为主。相对于汽轮机和轴 流式膨胀机，螺杆式膨胀机具备热源适应范围广、变工况能力十分优越、维 护费用和使用技术门槛低等优势，更适合小流量、小功率的 ORC 机组，成 本也更低。

传统发电地热电站建设对探勘打井能力要求较高。一般来讲，地热领域投资 支出中，有 35%~40%来自于项目成本，60~65%来自于地表基础建设开 支，其中钻井成本与钻井深度以及技术水平有较大的关系，发电机组的设备 成本占比也较大，因此具备较强探勘打井能力以及设备资质能力的企业具有 优势。全球龙头 OMRAT 依靠较强的探勘打井能力以及自身的轴流膨胀机在 全球双工质地热发电领域取得了优势地位。

公司的螺杆膨胀机适用性较强，成本更低。公司的螺杆膨胀机适用于中低 温、中小地热水流量，尤其是温度和流量波动大的地热资源中，在工业余热 回收和低品质地热资源方面具有明显优势。相对于 OMRAT 的轴流式膨胀 机，公司的螺杆膨胀机在小流量、小功率的 ORC 机组中具备优势，并且成 本更低，在大温差等场景具有更优异的发电效率。OMRAT 的轴流式膨胀机 以及汽轮机需要在流量较大并且稳定的地下水或者蒸汽才能工作，因此主要 采用中央电站形式。目前全球在运营的双循环发电系统主要使用的是轴流式 膨胀机，螺杆膨胀机还处于起步阶段，成长空间巨大。

独创性推出“一井一站”方案，相对传统地热发电站方案具备优势。传统地热 发电站建设主要是汽轮机发电机组或者汽轮机组，因此主要是中央电站形 式，其打井周期长，开发初始投资大，并且对蒸汽压力要求较高，废井率较 高，年运行时间较短，检修时间较长，维护成本高，整体成本较高。公司率 先提出“一井一站”技术，其特点是：可以充分利用不同地热资源的生产 井，单一生产井和回灌井变能实现高效发电；井口电站先发电再并网，几乎 没有能量损失；不同能级的生产井分别采用针对性的设计，提高热源利用效 率；采用开山专利的串级技术和混合循环技术，地热蒸汽和地热水都得到充 分利用；建设周期短，通常 6-7 个月就可以完成并网发电；投资少，且边发 电、边收益、边开发、投资回收期短。公司的“一井一站”技术，使得每个 井口的资源利用程度得到最大化，具有适用范围广、投资强度低、效率高、 易维护等技术、经济优势。

依托公司螺杆膨胀发电机组技术，公司地热发电业务即将快速增长。公司 2011 年以来一直致力于螺杆技术在可再生领域的应用。2016 年，公司全资 收购 OTP 公司，获得印尼 SMGP240MW 地热项目的特许开发经营权，标志 着公司在地热领域的技术推广获得阶段性突破。目前公司已经确立向全球领 先的可再生能源运营企业和地热发电成套设备提供商战略转型。公司螺杆膨 胀发电机组拥有核心自主知识产权，技术水平领先，螺杆膨胀发电技术、成 套设备以及独创推出的井口模块地热电站开发模式具有适用范围广、投资强 度低、效率高、运行时间长、易维护等技术、经济优势，使地热这种清洁可 再生能源获得大规模开发利用成为可能，在地热发电领域具有颠覆性的意 义，公司也因此具备成为全球地热新能源开发运营商、地热发电成套设备供 应商的资格。根据公司公告披露，2019 年公司地热发电收入约为 5882 万 元，2020 年公司地热发电收入已经达到了 19569 万元，同比增长 233%， 地热业务即将迈入快速增长时期。

公司地热发电项目已经在主要地热发电地区布局。公司以新加坡 KS ORKA 公司和美国 KRED 公司为开拓全球地热市场的主要平台，引进海外地热开发 资深专业从业人员组成地热市场开发专业团队，积极开拓印尼、肯尼亚、土 耳其、美国等国家及欧洲地热资源发电市场。在美国市场，公司已经拥有美 国 Wabuska 等地热项目，并且配备有完备的技术团队和项目负责人，未来 美国市场将成为公司地热业务核心增长区域之一。在印尼市场，目前公司拥 有印尼 SMGP 等多个地热发电项目，其中印尼 GMGP 一期和二期已经稳定 上网，公司目前地热资源丰富，同时公司仍在不断获取优质地热资源，可支 撑公司地热业务快速发展。未来地热发电业务将成为公司的核心增长点。

积极研发干热岩地热发电技术，持续为长远发展做储备。干热岩地热资源占 地热资源比例较大，以我国地热资源为例，我国浅层地热可开采资源量折合 7 亿 tce，中深层地热资源可开采资源量达 19 亿 tce(是煤炭产量的一半)，干 热岩资源储量达 856 万亿 tce，干热岩资源储量占总地热能资源比例为 97%，是最主要的地热能资源。目前全球干热岩地热发电技术不成熟，成本 普遍较高，一旦公司干热岩发电技术成熟，将能成为全球地热发电领导者， 有望实现数十倍的规模增长。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）