中國2500米二氧化碳地熱「密封循環」：取熱不用抽地下水，但距離發電仍有一段路

中國華能在河南鄭州投產的首個超臨界二氧化碳閉式地熱項目，現階段應該理解為一個供暖示範工程，而唔係地熱發電廠。項目於2026年5月19日正式運行，利用一口約2500米深的密封地熱井，讓二氧化碳吸收周圍岩石的熱力，再將熱能傳給地面的另一套供暖水循環系統。整個過程唔需要抽取地下水。613

呢個項目的意義，在於測試一種唔依賴地下天然熱水流動的取熱方法。不過，現時數據只代表一個重要的早期運行里程碑，未足以證明閉式地熱已經可以低成本、全天候地供應電力。

鄭州系統點樣運作？

鄭州項目採用「同軸式閉式循環」設計。簡單講，即係同一口井內有兩條流道：較冷、加壓後的二氧化碳沿其中一條管路向下，到達深層後吸收地下岩石熱力；升溫後的二氧化碳，再經另一條流道返回地面。

回到地面後，二氧化碳會將熱力傳給供暖系統使用的水，二氧化碳本身就留在密封循環內，唔會同周圍地層混合。6713

呢點同傳統水熱型地熱系統有明顯分別。傳統系統通常要從有天然熱水、而且滲透性足夠高的地下儲層抽出熱水，再處理及回注用過的流體。閉式系統則可以直接利用岩石儲存的熱力，即使當地地下水流動不足，仍有機會運作。

點解用二氧化碳，而唔係地下水？

項目使用超臨界二氧化碳作為傳熱介質。當二氧化碳處於合適的壓力及溫度條件下，會同時具備類似氣體的流動性，以及接近液體的密度。相關工程說法是，呢種特性有助於降低深井內的流動阻力，同時有效傳遞熱力。613

二氧化碳亦可能形成「熱虹吸」效應：流體受熱向上升時，密度會低過較冷、向下流動的二氧化碳。兩者的密度差，可以幫助推動循環，減少泵送所需的能量。不過，呢個效應唔代表完全唔需要地面設備，亦唔等於項目運行成本一定低。

閉式二氧化碳系統的潛在優點包括：

• 唔需要抽取或回注地下水。
• 傳熱介質同周圍地層隔離。
• 可以避開部分熱鹵水系統常見的結垢及礦物處理問題。
• 有機會將地熱供暖推廣至「岩石夠熱、但天然地下水流動不足」的地方。613

但以上只係系統層面的優勢，唔係商業表現保證。真正的關鍵仍然係：熱力可唔可以足夠快地穿過岩石及井壁，持續支撐所需輸出。

鄭州項目目前做到咩？

公開報道指，項目內的二氧化碳入口溫度約為8°C，返回地面時約為22°C。相比以水作為取熱介質的方案，項目聲稱取熱能力提高約20%，單位供暖能耗降低約10%，冬季可為超過18,000平方米住宅提供集中供暖。3613

呢啲數字顯示項目已經有實際供暖用途，但唔代表有電力輸出。22°C左右的返回溫度及現時供暖規模，屬於熱能應用，現有證據亦冇顯示鄭州項目正在發電。

另外，「超臨界二氧化碳」呢個講法需要留意。它主要描述系統內傳熱流體所採用的壓力及溫度狀態；目前公開的運行摘要，未有交代地下每一個位置完整的壓力、溫度變化。有一篇二手報道提供了不同的進出口溫度，因此較常見的「8°C入、22°C出」應該視為已報道的運行數字，而唔係完整的地下熱力學描述。34

可以發展成全天候基載發電嗎？

地熱熱力理論上可以持續供應，唔似風力及太陽能會受天氣、日照時間影響。如果閉式系統能夠深入足夠高溫的岩層，並讓足夠多流體長期循環，就有可能提供穩定熱力；當溫度再高、熱流量再大時，亦有機會用來發電。

但鄭州項目目前未證明到呢一點。要發電，通常需要更高的有效取熱溫度、更大的熱流量，以及適合的發電循環設備。鄭州現時的定位是住宅供暖，所以話它已經證明「24小時地熱基載電力」可以商業化，會超出現有證據支持的範圍。

經濟效益更加係一大疑問。模型研究顯示，閉式地熱系統有機會以具競爭力的成本供熱；但要做到具競爭力的發電成本，就普遍需要大幅降低鑽井成本。 另一項研究則發現，即使假設有180°C儲層、30條分支井及每秒75公斤產流量，模擬系統仍可能無法在整個生命周期內收回成本。

點解要探索更深的U形井？

同軸井的地下換熱表面相對有限。更深的U形或U-loop設計，就係希望以兩條垂直井腿，連接一段穿過高溫岩石的長水平井段，增加井身同岩層接觸的面積。

地下路徑越長，理論上就可以同更多岩石接觸，令循環流體吸收更多熱力。

呢種設計正面對單井系統的一個核心限制：要長期抽取有用能量，唔單止要有較熱的岩石，亦要有足夠大的接觸面積及流量。但U形井同時會帶來定向鑽井難度、完井風險及資本成本。現有資料未能確認中國某一個特定深層U形項目的準確深度、性能、施工狀態或成本，因此較適合將它視為技術發展方向，而唔係已經證實的商業答案。

最大難關：唔係搵到熱岩石就夠

閉式地熱真正困難的地方，唔只係搵到夠熱的地下岩石，而係要用可以長期運作的方式，建立一個高輸出的地下熱交換器，而且成本要低到足以由供暖或發電收入回本。

主要障礙包括：

• 深層鑽井，以及定向或多分支井段的成本。
• 建立足夠大的地下換熱面積。
• 在高溫、高壓環境下維持井身完整及可靠密封。
• 處理腐蝕、熱損失及二氧化碳的流動特性。
• 避免向下流動與返回地面的流體之間出現熱短路。
• 研發能夠在深層惡劣岩層環境運作的鑽機、鑽頭、井下工具及材料。

《Nature》一篇綜述指出，在部分環境下，單一套多分支井的成本可以約為5,000萬至1億美元，而項目能否盈利，取決於輸出及當地需求。 文章亦指出一個根本限制：閉式系統主要依靠周圍岩石以「傳導」方式補充熱力；相比之下，天然流動的地熱儲層可以透過「對流」更快輸送熱能。

呢個限制亦解釋咗點解區域供暖可能會早過地熱發電成為商業機會。項目可以直接將中溫熱力賣畀附近建築物，唔需要先將熱能轉成電力；但發電廠就需要更高溫資源、更大流量，以及昂貴的能量轉換設備。

德國Eavor項目帶來咩啟示？

德國巴伐利亞州Geretsried的Eavor項目，提供了一個重要對照。2025年12月4日，項目開始透過密封、多分支閉式地熱系統向德國電網供電，成為首個有報道將同類系統電力送上商業電網的項目。

項目公布的完整設計額定容量約為8.2兆瓦電力及64兆瓦熱力，地下循環井身總長約16公里。不過，截至2026年3月，原定四個循環中的第一個仍然是正在運行的部分，因此它雖然有力證明多分支閉式系統可以做到發電，完整建設及經濟效益仍然有待觀察。17

將鄭州及Geretsried放埋一齊睇，可以見到同一大方向的兩個階段：鄭州展示密封二氧化碳循環可以實際供暖；Geretsried則展示多分支閉式循環可以將電力送上電網。

但兩個項目都未證明深層閉式地熱已經成本低廉、可以喺任何地方部署，或者足以取代傳統發電方式。

總結：值得關注，但未到「地熱無處不在」

中國鄭州項目最準確的定位，可以用「取熱不取水」概括。2500米同軸井、密封二氧化碳循環、報道指取熱能力提升約20%，以及冬季為超過18,000平方米住宅供暖，正好展示咗呢個概念點解受到關注。613

長遠而言，閉式地熱如果能夠將「回收熱能」同「天然地下水流動」分開，確實可能令更多地區有機會利用地熱。但要行到全天候發電，仍然要先解決更深、更大面積的地下換熱器、高溫鑽井可靠性、長期熱力表現，以及大幅降低資本成本等問題。

現時證據支持的是審慎樂觀：技術已由概念走向實際運行，但距離大規模、低成本商業突破，仍然有一段路。