中國 2,500 公尺二氧化碳地熱井：不抽地下水，也能把地底熱能帶上來嗎？

中國華能在河南鄭州啟用的超臨界二氧化碳閉式地熱項目，首先是一座供暖示範系統，並不是地熱發電廠。項目於 2026 年 5 月 19 日投運，透過一口深約 2,500 公尺的密閉井，讓二氧化碳在地下岩層中循環吸熱，再把熱能傳給地面的供暖水系統。整個過程不需要抽取地下水。 613

這項技術的意義，在於它嘗試把「有沒有天然熱水儲層」這個傳統地熱開發門檻降下來。不過，鄭州目前證明的是閉式循環可以實際供熱，還不能據此推論低成本、全天候地熱發電已經成熟。

鄭州系統如何運作？

鄭州採用的是同軸式閉式井結構：較冷、受壓的二氧化碳沿其中一條流道向下，到了深處吸收周圍岩石的熱量，再沿另一條流道返回地面。回到地面後，升溫的二氧化碳會把熱能轉移給另一套供暖用水迴路；二氧化碳本身則留在密閉管路內，不與地下岩層或地下水混合。 6713

這與傳統的水熱型地熱電廠不同。傳統系統通常從具備天然滲透性的地下熱水儲層抽出熱水，再處理或回注使用過的流體；閉式系統則可以直接利用岩石儲存的熱能，即使當地地下水流動不足，也有機會運作。

換句話說，它所追求的是「取熱不取水」：把地下熱能與地下水資源分開處理，減少抽水、回注及地層流體管理帶來的限制。

為什麼使用二氧化碳，而不是水？

項目使用超臨界二氧化碳作為傳熱介質。在適當的壓力與溫度條件下，超臨界流體同時具有類似氣體的流動特性與類似液體的密度。相關工程說法認為，這有助於二氧化碳在深井內以較低流動阻力循環，並有效帶走岩層熱量。 613

二氧化碳還可能產生熱虹吸效應。流體升溫後密度下降，與較冷的下行流體形成密度差，這股浮力有機會協助推動循環，降低泵送所需能耗。不過，這不代表系統不需要地面設備，也不能保證整體營運成本一定很低。

閉式設計的潛在優點包括：

• 不必抽取或回注地下水。
• 工作流體與地下岩層隔離。
• 可避開部分熱鹵水生產過程中的結垢與礦物處理問題。
• 有機會把地熱供暖拓展至地下有熱岩、但天然滲透性不足的地區。 613

但這些是系統層面的優勢，不是商業成功的保證。真正的關鍵仍是：熱能能否以足夠快的速度穿過岩石與井壁，持續支撐所需輸出。

鄭州目前達到什麼表現？

公開報道稱，項目入口二氧化碳溫度約為 8°C，返回地面時約為 22°C。與以水作為取熱介質的方式相比，項目據報可讓取熱能力提升約 20%，單位供暖能耗降低約 10%，並在冬季為超過 18,000 平方公尺住宅提供集中供暖。 3613

這是一項具實用性的供暖成果，但不等於已經有電力輸出。約 22°C 的回流溫度與目前的供暖規模，都不足以證明系統具備經濟發電條件；現有資料也沒有顯示鄭州項目正在發電。

「超臨界二氧化碳」這個名稱，描述的是工作流體在系統內的壓力—溫度狀態與工程概念。現有公開運轉摘要並未完整交代井下每個位置的壓力和溫度剖面。另有二手報道提出不同的進、出口溫度，因此較常被引用的 8°C 至 22°C，應視為一組報道所稱的運轉數據，而不是完整的井下熱力學描述。 34

它能否進一步供應全天候基載電力？

地熱熱源不像風力和太陽能那樣受天氣、日照影響，理論上可以持續供應。若閉式系統能深入足夠高溫的岩層，並讓足量流體循環，就有機會提供穩定熱能，甚至進一步發電。

但鄭州項目尚未證明這個結果。發電需要更高的可用熱流量，以及足以驅動熱力循環的溫度。鄭州目前的用途是住宅供暖，因此宣稱它已建立全天候地熱電力模式，會超出現有證據支持的範圍。

經濟性是另一個更大的問號。模型研究顯示，閉式地熱系統有機會提供具競爭力的熱能成本；但若要讓發電成本具競爭力，通常必須大幅降低鑽井成本。 另一項研究則指出，即使假設 180°C 儲層、30 條分支井，以及每秒 75 公斤的生產流量，模擬系統仍可能無法在壽命週期內回收成本。

為什麼要探索更深的 U 型井？

同軸井的換熱接觸面相對有限。更深的 U 型或 U-loop 設計，則嘗試鑽出兩條垂直井段，再以一段長水平井在高溫岩層中連接兩者。更長的地下流動路徑，意味著流體能與岩層接觸更久、接觸面積更大，理論上可提升帶回地面的熱量。

這種幾何結構正面處理單井系統的核心限制：要長期取得有用功率，必須同時具備足夠的岩石接觸面積、溫度與流量。然而，U 型井也會增加定向鑽井難度、完井風險與資本支出。

目前提供的資料，未能確認中國特定深層 U 型項目的確切深度、實際表現、施工狀態或成本。因此，它較適合被理解為一個研發方向，而不是已證明具備商業可行性的方案。

仍待克服的工程與經濟難題

真正的挑戰不只是找到熱岩，而是要在可接受的成本內，建造一個耐用、高輸出的地下熱交換器，並讓供出的熱能或電力足以回收投資。

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、高壓環境下維持井筒完整性與密封可靠度。
• 處理腐蝕、熱損失與二氧化碳的流體行為。
• 防止下行與回流通道之間出現熱短路。
• 開發能在深層惡劣岩層中運作的鑽機、鑽頭、井下工具與材料。

《Nature》一篇評論指出，在部分情境下，一組多分支井的成本約為 5,000 萬至 1 億美元；項目能否獲利，則取決於輸出量與當地需求。評論也指出，閉式系統主要依賴周圍岩石以傳導方式補充熱量，而天然地熱儲層可透過流體對流更快輸送熱能。

這也解釋了為什麼區域供暖可能比地熱發電更早形成商業機會。供暖項目可以直接把中溫熱能賣給附近建築，不必先將熱能轉成電力；發電廠則需要更高溫資源、更大流量，以及額外且昂貴的發電設備。

德國 Eavor 項目說明了什麼？

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，該項目開始把電力輸送至德國電網，成為首個據報利用密封多分支閉式地熱井向商用電網供電的同類項目。

該項目完整設計規模據報約為 8.2 MW 電力與 64 MW 熱能，依靠長距離地下井筒循環，而不是天然高產的地下熱水儲層。不過，截至 2026 年 3 月，原定四個迴路中只有第一個投入運作。因此，Geretsried 是技術可行性的重要示範，但完整建設進度與經濟性仍有待觀察。 17

鄭州與 Geretsried 可以看成同一概念的兩個階段：鄭州展示密閉二氧化碳循環如何提供地熱供暖；Geretsried 則展示多分支閉式系統確實能把電力送上電網。兩者都還不能證明深層閉式地熱已經低廉、普遍適用，或足以取代傳統發電方式。

結論：這是重要里程碑，但還不是能源革命的終點

中國鄭州項目最適合被理解為「取熱不取水」的工程化測試。2,500 公尺同軸井、密閉二氧化碳迴路、據報提升約 20% 的取熱能力，以及服務超過 18,000 平方公尺住宅供暖的成果，說明這條技術路線確實值得關注。 613

閉式地熱若能持續改善，未來可能讓更多地區利用地下熱能，把地熱開發從「尋找天然熱水」轉向「打造地下熱交換器」。但要走到全天候發電，還必須解決更棘手的問題：更深、更大的換熱結構、可靠的高溫鑽井與完井技術、長期熱衰減管理，以及大幅降低資本成本。

目前證據支持的是審慎樂觀，而不是已在大規模商業市場證明成功。