中深层地埋管换热（取热不取水）技术研究调研报告

报告编号：OGF-A-002 所属板块：OG-F 新能源与能源转型 · 地热与EGS 出品方：北京经纬智汇信息咨询有限公司 报告日期：2026年6月 保密级别：内部参考 版本：V1.0

执行摘要

本摘要面向管理层与决策者，1页内呈现核心判断；技术细节见正文各章。

中深层地埋管换热技术（Medium-Deep Borehole Heat Exchanger, MD-BHE），俗称"取热不取水""无干扰地热供暖"，是在地下2000～3000米深度的钻孔内下入密闭金属换热器，依靠管内循环工质与岩层之间的热传导/热对流取出地热、再经地面热泵机组提温供热的闭式系统。其本质是把传统"抽地下热水"的开式系统，改造为"只搬运热量、不搬运水"的闭式系统，从而规避了水热型地热长期困扰的回灌难、结垢腐蚀、地面沉降与跨层污染问题。

五条核心结论：

• 技术已基本成熟、中国主导全球应用。 该技术原型由瑞士学者于1995年提出，但长期在欧洲被搁置；2012年由陕西工程技术人员独立实现"同轴套管换热器+特制热泵"的商业化突破，此后在中国北方规模化推广。截至最新统计，中国中深层地热供暖面积累计约5.9亿平方米，居全球第一，其中无干扰井下换热是增长最快的分支。

• 核心性能存在物理天花板，单井取热能力偏小是最大短板。 受纯热传导机制限制，同轴套管换热器延米换热功率上限不超过约150 W/m（工程常用值约120 W/m），单口2500米换热孔额定输出约500～700 kW。以120 W/m、系统COP=6.0、建筑热负荷30 W/m²计算，一根2500米换热孔仅能满足约1.2万平方米供热需求，大型建筑通常需5～8孔成群布置。

• 经济性是规模化的真正瓶颈，而非技术。 钻完井成本占工程总投资的60%～70%，深井直接换热投资指标约500～550元/平方米，显著高于水热型地热（190～200元/平方米）；叠加采矿权办理周期长、矿产资源出让费与水资源税负担，现有运行项目"基本处于亏损状态"，盈利高度依赖政府清洁供暖补贴（多地约40元/平方米）与新近落地的CCER碳减排收益。

• 竞争格局呈"国内龙头集中、全球路线分化"特征。 国内以中国石化新星公司为绝对龙头（地热供暖能力1.26亿平方米，全国最大），中国石油、地方国企及高校（西安交大、陕煤地质等）形成跟随梯队；全球范围内，欧美企业（Eavor、GreenFire、Fervo）将闭式/增强型地热的主攻方向放在发电而非供暖，2025年12月德国Geretsried项目实现全球首个商业化闭式地热并网发电，与中国"供暖主导"路线形成鲜明分野。

• 未来突破方向集中在"增大换热面积+多能耦合+向深进军"。 深层U型对接井（水平段置于高温区）、跨季节储能耦合、相变回填材料、管群优化设计，以及面向3000～10000米深层地热与EGS的融合，是提升单孔能力与项目经济性的核心路径；数据中心等高密度、稳定负荷场景为该技术打开了供暖之外的新增长空间。

行动建议（概要）： 对决策层，建议将该技术定位为"政策驱动型民生+碳资产"业务，优选地温梯度高、深大断裂发育、负荷密度大且补贴政策稳定的区域切入；对技术层，建议优先布局深层U型对接井与储能耦合方向，并将CCER方法学合规监测能力前置纳入项目设计。

01 · 调研背景与目标

1.1 调研缘起与问题意识

"双碳"目标下，北方地区冬季清洁供暖是能源结构转型的硬骨头。地热能作为本土、稳定、可再生的非碳基能源，是替代燃煤供暖的优选项之一。然而，传统的中深层水热型地热（抽取地下热水）在大规模推广中暴露出三类结构性矛盾：一是回灌难题——许多热田因储层压力大、回灌通道易堵塞，实际回灌率偏低，长期开采导致地下水位下降、热储衰减；二是结垢与腐蚀——地下热水矿化度高，换热设备与管路结垢腐蚀严重，运维成本高；三是环境约束——地面沉降、跨含水层污染、地下水资源消耗等问题日益受到监管约束。

在此背景下，"取热不取水"的中深层地埋管井下换热技术应运而生，成为破解上述矛盾的新方向。本报告即围绕该技术展开系统性调研，回应企业立项、技术选型与投资决策的现实需求。

1.2 核心调研问题

本报告聚焦六个核心问题：（1）技术原理与传热机理究竟如何，与浅层地源热泵、水热型地热的本质区别何在？（2）同轴套管与U型对接井两条技术路线各自的适用边界与性能差异？（3）核心性能指标（延米换热量、COP、单孔功率、长期衰减）的真实水平与物理天花板在哪里？（4）全球与中国的发展现状、市场规模与竞争格局如何？（5）项目经济性与商业模式是否成立，瓶颈在技术还是成本？（6）未来12～36个月乃至更长周期的技术演进与机遇方向？

1.3 调研范围界定

• 技术范围：以闭式井下换热（同轴套管、U型对接井、重力热管）为核心，深度2000～3000米的中深层为主，向上延伸对比浅层地源热泵，向下延伸关注3000米以深的深层地热与EGS融合趋势。
• 应用范围：以建筑供暖（民用、公共、工业）为主，兼及制冷与工业/农业中低温供热。
• 地域范围：全球视野，以中国北方供暖区为重点，对标欧美闭式地热发电路线。
• 时间范围：全时间轴，从1995年技术原型至2025—2026年最新动态，并前瞻"十五五"。

1.4 调研方法说明

本报告采用定性与定量结合、文献研究与案例实证结合的方法，信息来源涵盖学术期刊、行业白皮书、政府与能源主管部门公开文件、龙头企业披露信息及国际地热机构报告，多源交叉验证，所有关键数据均标注年份与口径（来源细节见配套《参考文献汇总》）。

02 · 技术现状全景

2.1 技术定义与核心原理（白话版）

中深层地埋管换热系统通常由三部分构成：地热换热系统（井下换热器、热源侧循环泵、水处理系统）、地热热泵系统（提温）、室内供热系统（输配与末端）。

其工作原理可以用一个生活化的比喻来理解：把地下2～3公里深处的高温岩层当作一个巨大的"暖气片"，在岩层里插入一根密闭的"导热探针"（换热器），探针里灌入软化水或防冻液作为循环工质。工质向下流动时被周围炽热的岩石加热，升温后被泵回地面；地面的热泵机组像一台"温度放大器"，把这股中低温热量提升到适合供暖的温度后送入用户管网；冷却后的工质再次下井，循环往复。整个过程只有热量在岩层与地面之间"搬家"，地下水一滴都不抽出，这就是"取热不取水"。

与三类相邻技术的本质区别： - 对比浅层地源热泵（埋深200米以内）：中深层换热深度大10倍以上，可利用更高品位的深部地热，单孔换热功率远高于浅层，且占地极小、不存在浅层常见的冷热堆积失衡问题。 - 对比水热型地热（抽热水）：中深层埋管不抽水、不回灌，规避了结垢腐蚀与回灌难题，但单井取热能力较水热型偏小。 - 对比干热岩/EGS（人工压裂造储）：中深层埋管无需压裂改造储层，靠纯导热取热，成本与风险更低，但取热强度也更低。

2.2 两条技术路线对比

中深层埋管换热器主要有两种井型结构，各有利弊：

行业共识是：同轴套管适合场地受限、地层较浅的项目（如城市建筑群），U型对接井适合追求更高单孔换热能力、地层条件允许的项目。近年来，随着定向钻井技术进步，U型对接井在部分示范工程（如陕煤地质草滩生活基地）中得到应用，被视为提升单孔换热能力的重要路径。此外，超长重力热管（相变取热、无需泵功）作为第三条技术路线也在探索中。

*图1 中深层地埋管两种井型结构原理对比示意图*

2.3 发展脉络与成熟度评估

该技术的成熟度可概括为"原理成熟、工程成熟、经济性待突破"。在中国北方供暖区，井下换热建筑供暖技术已被主管部门认定为"基本成熟"并纳入推广，进入规模化应用阶段；但单孔取热能力的物理限制与高钻井成本，使其经济性仍高度依赖政策支持，距离完全市场化自负盈亏尚有距离。

2.4 国内外整体发展现状

中国是全球中深层地热供暖（含井下换热）规模最大、应用最广的国家。中国地热直接利用规模自2004年以来连续稳居世界第一，2023年世界地热大会数据显示中国地热直接利用装机规模全球占比达57.8%、利用热量占比56.1%。其中中深层地热供暖面积累计约5.82～5.9亿平方米，70%以上集中在河北、河南、山东、天津、陕西、山西等北方省份，无干扰井下换热是其中增长最快的细分。

欧美则走了一条不同的路。闭式地热（业内称"先进地热系统"AGS）与增强型地热（EGS）的主攻方向是发电而非供暖：2025年12月，加拿大Eavor公司在德国Geretsried建成全球首个商业化闭式地热并网发电项目；美国GreenFire Energy的GreenLoop系统通过改造废弃井下入换热器取热；Fervo Energy则在EGS路线上领跑。这一分野的根源在于资源禀赋与需求结构——中国北方有巨大的冬季供暖刚需且多处于板块内部（缺乏高温发电资源），而欧美更关注全年稳定的清洁基荷电力。