地球的核心非常热，温度大约在 5,000 °C 甚至更高。这些热量一直稳定地向外流动，地壳里的放射性衰变还在源源不断地补充。在我们脚下，往下每走一公里，温度通常会升高 25–30 °C。在冰岛、肯尼亚、印度尼西亚和新西兰这样的火山地区，热量离地表很近，人们用它来发电已经有一百多年的历史。浅层地热则是另一回事，只要借助热泵，几乎在任何地方都能用上。新一代钻井技术还有可能让火山带以外很远的地方，也能用上深层的热量。这篇指南把这三类地热逐一讲清楚。
地热资源：从低温到超高温
| 资源 | 温度 | 深度 | 典型用途 |
|---|---|---|---|
| 浅层土壤 | 8–15 °C | 1–200 m | 地源热泵，用于供暖和制冷 |
| 低焓含水层 | 30–100 °C | 0.5–3 km | 集中供热、温室、温泉、工业供热 |
| 中焓资源 | 100–180 °C | 1–4 km | 双工质循环电站、热电联产 |
| 高焓资源（火山区） | 180–350 °C 以上 | 0.5–3 km | 闪蒸电站和干蒸汽电站 |
| 干热岩 / EGS | 150–300 °C | 3–7 km | 增强型地热发电（新兴） |
| 超高温 / 超临界 | >374 °C | 2–10 km | 科研（冰岛深钻计划） |
在大陆地壳中，地温梯度平均为 25–30 °C/km，但在火山区和裂谷带，它可以超过 50–100 °C/km。同样想拿到 150 °C 的热量，在冰岛也许钻到 2 km 就够了，在欧洲大部分地区却要钻到 5 km 左右。
地热发电站
1904 年，人们在意大利的拉德瑞罗（Larderello）第一次用地热蒸汽发出了电。今天在运行的地热电站，主要分为三种类型：
- **干蒸汽电站：**热储里出来的蒸汽直接推动汽轮机。这类资源很少见，拉德瑞罗算一处，加州的 The Geysers 是另一处，也是全球最大的地热电站群。
- **闪蒸电站：**高压热水（约 180 °C 以上）压力一降，就“闪蒸”成蒸汽。这是最常见的类型。
- **双工质循环电站（ORC）：**中温热水（100–180 °C）加热另一种沸点更低的工质，由这种工质推动汽轮机。它是闭式循环，排放极低，也是增长最快的类型。
Electric power = thermal power × conversion efficiency (≈ 8–15% binary, 15–20% flash)
Example: 80 kg/s brine, 160 °C → 70 °C, c_p ≈ 4.2 kJ/kg·K Thermal: 80 × 4.2 × 90 = 30,240 kW ≈ 30 MW_th Electric at 12% (binary): ≈ 3.6 MW_e
热力学规律决定了转换效率不会高（在这样的温度下，卡诺极限只有 20–30%），但地热的燃料一分钱都不用花。地热电站的容量系数达到 70–95%，在所有电源中都属于最高的一档，能日夜不停地提供稳定的基荷可再生电力。
全球装机容量
根据 IRENA 和 IEA 的数据，全球已经装机的地热发电容量大约是 16–17 GW，每年发电大约 95–100 TWh，还不到全世界用电量的 0.5%。
| 国家 | 装机（约） | 占比 / 说明 |
|---|---|---|
| 美国 | 约 3.9 GW | 全球最大；主要在加州和内华达州 |
| 印度尼西亚 | 约 2.6 GW | 潜力全球最大（估计约 24 GW） |
| 菲律宾 | 约 1.9 GW | 约占全国电力的 10% |
| 土耳其 | 约 1.7 GW | 2010 年代快速增长 |
| 新西兰 | 约 1.0 GW | 约占全国电力的 18–20% |
| 肯尼亚 | 约 0.9–1.0 GW | 近几年约占全国电力的 40–45% |
| 墨西哥、意大利、冰岛、日本 | 各 0.4–1.0 GW | 冰岛约 30% 的电和约 90% 的建筑供暖来自地热 |
表中装机均为近似值（来源：IRENA / ThinkGeoEnergy，2024–2025）。每一座电站的位置，都可以在发电厂地图上查到。
直接利用：地热供热
把地热的热量直接拿来用，比先把它转换成电要高效得多。Lund 和 Toth 的全球综述统计，2019 年地热直接利用量约为每年 1,020 PJ（约 280 TWh），是地热发电量的两倍多，其中一半以上来自地源热泵。主要用在这些地方：
- **集中供热。**雷克雅未克约 90% 的建筑靠地热水供暖。巴黎从 1970 年代起开采 Dogger 含水层，如今用它为 25 万多户家庭供暖；慕尼黑计划到 2040 年让集中供热管网主要依靠地热。
- 温室和农业（荷兰、肯尼亚、冰岛）。
- 工业供热，用于干燥、食品加工和制浆。
- 洗浴和温泉，历史上用量最大的用途。
地源热泵：人人都能用的地热
严格说来，浅层土壤里的热量大部分其实是储存下来的太阳能，不过地源热泵（GSHP）通常也归在地热里。往下挖几米，土壤温度一年四季都接近当地的年平均气温，在中欧大约是 8–12 °C。热泵连上钻孔或水平埋管，冬天从土壤里取热（夏天还可以把热量排进土壤来制冷），季节性能系数 SCOP 可达 3.5–4.8。
| 换热器类型 | 典型取热量 | 安装费用（欧洲） |
|---|---|---|
| 垂直钻孔（50–200 m） | 每米 40–70 W | 每钻进一米 40–80 欧元 |
| 水平埋管（深 1.2–2 m） | 每 m² 土地 10–35 W | 较低，但需要大片土地 |
| 能量桩 / 基础埋管 | 每米 20–60 W | 与新建建筑一体施工 |
一栋热负荷 10 kW 的典型住宅，大约需要打 150–200 m 的钻孔。可以用地源热泵计算器给你家选型，再用热泵计算器和空气源方案比较。在住宅地源热泵的普及程度上，瑞典、瑞士和德国是全球最密集的几个市场。
成本
| 指标 | 典型范围 |
|---|---|
| 电站安装成本 | 3,000–6,000 美元/kW（IRENA；小型或 EGS 项目更高） |
| 钻井占成本比例 | 30–50% |
| 井深和单井成本 | 1.5–4 km；每口井 300 万–1,000 万美元 |
| 常规地热 LCOE（IRENA 近年全球平均） | 约 0.06–0.07 美元/kWh |
| EGS 的 LCOE（目前的示范项目） | 更高；目标是 2035 年降到 0.05–0.07 美元/kWh（美国能源部 Enhanced Geothermal Shot：45 美元/MWh） |
| 容量系数 | 70–95% |
勘探风险是地热开发最大的障碍。开发商可能要先花掉 1,000 万–3,000 万美元打勘探井，然后才能知道这个热储到底能不能产出足够的热量。东非的地热风险缓释基金（Geothermal Risk Mitigation Facility）这类风险分担机制，能帮开发商分摊一部分损失。具体成本可以放进LCOE 计算器里比较一下。
增强型地热系统：可能的突破
常规地热需要三样东西同时出现在同一个地方：热量、天然裂缝和水。EGS 则用工程手段把后两样补上：先往高温岩体里钻井，再用高压把水注进去，压开岩石中的裂缝，最后让流体在注入井和生产井之间来回循环。近几年的主要进展有：
- 水平钻井和多级压裂都借鉴自页岩气行业，大幅缩短了钻井时间、降低了成本。Fervo Energy 在内华达州的 Project Red 于 2023 年开始供电，它在犹他州的 500 MW Cape Station 项目计划 2026 年前后首次发电。
- 美国能源部在犹他州的 FORGE 野外实验室，已经在约 230 °C 的花岗岩中打通了井与井之间的连接。
- 闭环式“先进地热系统”让流体在密封井中循环，不需要压裂。
美国能源部的 GeoVision 研究估计，只要技术能够持续进步，到 2050 年地热就可以为美国提供 60 GW 的装机（约占发电量的 8.5%）。IEA 2024 年的报告认为，如果成本按预期下降，新一代地热最多能满足到 2050 年全球电力需求增量的 15%。不过，这个“如果”分量可不轻。
你所在的地区适合地热吗？
一个地方的地热潜力取决于三点：要钻多深才能拿到够用的温度，岩石的渗透性好不好，地下有没有水。可以参考下表做个大致判断：
| 地质环境 | 例子 | 现实可行的地热用途 |
|---|---|---|
| 火山弧和裂谷 | 冰岛、肯尼亚（东非大裂谷）、印度尼西亚、菲律宾、新西兰、中美洲、日本 | 常规闪蒸和双工质发电、直接供热 |
| 伸展盆地和热沉积含水层 | 潘诺尼亚盆地（匈牙利、罗马尼亚西部）、上莱茵地堑、巴黎盆地、巴伐利亚磨拉石盆地、土耳其西部 | 集中供热、双工质发电、热电联产 |
| 地温梯度中等的稳定大陆地壳 | 英国大部分地区、斯堪的纳维亚、美国东部 | 地源热泵；为区域供热提供深层热量；将来可上 EGS |
| 任何地方 | 不限 | 地源热泵和浅层跨季节储热 |
各国地质调查机构会公布大地热流和深部温度图，很多国家还提供在线工具，用来办理钻孔许可、查询地源热泵适用性。深层项目在决定打勘探井之前，通常先做可行性研究，汇总已有的油气井资料、地震勘探和地球化学数据。比如匈牙利的大地热流在欧洲大陆名列前茅，好几座城镇都用地热水供暖。在罗马尼亚，奥拉迪亚从 1990 年代起就用地热水做集中供热。
对一户普通人家来说，要做的决定简单得多。几乎任何一个有空间打一口钻孔、或者能铺下水平埋管的院子，都可以装地源热泵，前提是符合当地的审批要求和地下水保护规定。
环境影响
**排放。**双工质电站在运行过程中几乎没有任何排放。闪蒸和干蒸汽电站会把热储中的不凝气体释放出来，主要是 CO₂ 和硫化氢。运行排放一般为 5–100 g CO₂/kWh，但有些碳酸盐含量高的热田，比如土耳其西部部分地区，会超过 400 g/kWh。如果按全生命周期计算，排放的中位数约为 30–40 g CO₂e/kWh（IPCC）。冰岛的 CarbFix 项目把这些 CO₂ 和 H₂S 重新注回地下，让它们在那里矿化，变成岩石。
**诱发地震。**大多数震动都小到人感觉不到，但 EGS 项目确实引发过有感地震：巴塞尔（2006 年，3.4 级，项目取消）和韩国浦项（2017 年，5.5 级，政府调查认定与项目有关）。现在的项目都会采用实时监测和“红绿灯”分级管控，一旦地震活动开始增加，就马上减少注水量。
**土地和水。**地热电站占地很少，按每单位能量计算，和核电差不多，甚至更少。采用空冷的双工质电站用水也很少。不过，有些热田出现过地面沉降，附近的温泉和间歇泉也遭到了破坏（例如新西兰的怀拉凯）。
结论
地热是唯一一种几乎在地球上任何地方都能全天候稳定出力的可再生能源，但只有在热量够得着的地方，它才真正划算。在发电领域，它至今仍是小众电源，主要集中在火山活跃的国家。在供热领域，它已经是冰岛、巴黎等地的主要热源，而地源热泵则把同样的原理搬到了每一栋普通房子上。如果增强型地热真能达到预定的成本目标，它就有望成为稳定清洁电力的一个重要来源。在世界能源地图上看看哪些国家领先，再用地源热泵计算器给你家估算浅层地热。
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常见问题
地热发电占全球电力多少？
地热能算可再生能源吗？
地热发电和地源热泵有什么区别？
什么是增强型地热系统（EGS）？
地热会引发地震吗？
地热发电成本多少？
资料来源与参考
- IEA (2024). The Future of Geothermal Energy
- IRENA — Renewable Power Generation Costs in 2024
- U.S. DOE (2019). GeoVision: Harnessing the Heat Beneath Our Feet
- NREL — 地热研究与年度技术基准（Annual Technology Baseline）
- Lund, J. W. & Toth, A. N. (2021). Direct utilization of geothermal energy 2020 worldwide review. Geothermics 90
本指南中的数据是根据上述来源整理的典型范围，你的实际数字取决于所在地、价格和设备。需要针对具体场地的估算，请使用文中链接的计算器。