淺析地熱資源的開(kāi)發(fā)利用

  隨著(zhù)經(jīng)濟發(fā)展和社會(huì )進(jìn)步，人們在享受富裕生活的同時(shí)，對生態(tài)環(huán)境的要求也越來(lái)越高。近幾年揮之不去的霧霾，已成為政府治理環(huán)境污染的一大障礙，威脅到了人民群眾的身心健康。有效控制和降低霧霾不僅是人民群眾的強烈意愿，也成為考驗政府執政能力、建設服務(wù)型政府的重要內容。根據監測分析，2013年西安全年空氣污染天數達到227天，以PM2.5為首要污染物的天數達138天，占60.8%，PM2.5污染物約有1/4來(lái)自燃煤排放，在冬季采暖季尤為明顯。為此，陜西省委、省政府提出要把鐵腕治霾作為一項政治任務(wù)強力推進(jìn)，要求關(guān)中五市一區2014年減少1000萬(wàn)噸燃煤消耗量。在環(huán)保重壓之下，各地大力推進(jìn)燃煤鍋爐“煤改氣”，從供暖方式上減少煤炭使用量是治污減霾的重要方向。與燃煤鍋爐相比，燃氣鍋爐能效比較高，污染物排放較少。但燃氣鍋爐也有弱點(diǎn)，一是使用成本和安全要求高；二是受天然氣供應量影響大，有的地方鍋爐改造完畢，卻連調試用的天然氣都沒(méi)有；三是仍有二氧化碳排放。況且，天然氣與煤炭一樣屬于常規能源，都是不可再生的一次性能源，把這種有限且珍稀的資源規?；瘧糜?a href="http://m.keyinmall.com/t/城市供暖.html" >城市供暖，其運行并不經(jīng)濟，還會(huì )造成資源浪費，加速資源枯竭。

 

  因此，尋找其他可再生的新型清潔能源成為擺在我們面前的現實(shí)任務(wù)。

 

  開(kāi)發(fā)利用地熱能有良好的社會(huì )、環(huán)境效益

 

  為了尋找可再生的新型清潔能源，科學(xué)家做了廣泛的嘗試。風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源，受地域、天氣、季節變化影響大，難以全方位、全天候應用。核電站技術(shù)日臻完善，但建設成本大，有一定的安全風(fēng)險。水電資源豐富，但易受氣候條件制約，枯水期無(wú)法全負荷運轉，且存在引發(fā)地質(zhì)變化的可能和難以避免的生物生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。這樣，地熱逐漸進(jìn)入了人們的視野。

 

  地熱來(lái)自于地球內部，地核散發(fā)的熱量透過(guò)地幔的高溫巖漿傳達至地殼形成“地熱能”。常見(jiàn)的地熱依其儲存方式，可分為３種類(lèi)型：第一種是水熱型，稱(chēng)為熱液資源，統稱(chēng)為地熱水，指地下水在多孔性或裂隙較多的巖層中吸收地熱，其所儲集的熱水及蒸汽，經(jīng)適當提引后可為經(jīng)濟型替代能源，即常見(jiàn)的地熱水、溫泉，其開(kāi)采歷史悠久。第二種是土壤熱源型，地表淺層是一個(gè)巨大的太陽(yáng)能集熱器，收集了47%的太陽(yáng)能量，比人類(lèi)每年利用能量的500倍還多。第三種是熱巖型，稱(chēng)為干熱巖資源，指淺藏在地殼表層的熔巖或尚未冷卻的巖體，可以人工方法造成裂隙破碎帶，再鉆孔注入冷水使其加熱成蒸汽和熱水后將熱量引出。其中第二、第三種類(lèi)型不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無(wú)處不在。這種儲存于地表淺層深層、近乎無(wú)限的可再生能源，使得地熱能成為清潔的可再生能源的一種形式，其開(kāi)采技術(shù)近年來(lái)獲得突破。

 

  地熱資源是礦產(chǎn)資源的一部分。以往人們對地熱的認識很單一，只是針對地熱水。2004年12月，陜西省人民政府與國土資源部合作開(kāi)展的《陜西省關(guān)中盆地地熱資源調查評價(jià)》項目，歷時(shí)4年共投入項目經(jīng)費2500萬(wàn)元，其對陜西省地熱資源普查也僅僅限于地熱水。根據普查結果，關(guān)中地區地熱資源居陜西省之冠，而西安一帶的地熱資源又居關(guān)中之冠。由于地熱水資源的形成與地質(zhì)構造、水文等客觀(guān)條件有著(zhù)密切的關(guān)系，所以西安地區擁有的豐富地熱資源堪稱(chēng)是大自然的慷慨賜予。然而，地熱水是不可再生的，賦存有限，用一點(diǎn)少一點(diǎn)，還會(huì )帶來(lái)地下水受污染等風(fēng)險，必須采取措施加以保護，嚴格控制開(kāi)發(fā)。目前西安地區的地熱井總數已達140口左右，其中有90口左右集中在市區，不少地熱井出現水位下降，最深的地熱井甚至打到了4000米左右。實(shí)際上，當地熱井取水深度超過(guò)150米，其耗能將逼近加熱冷水的資源損耗，已經(jīng)喪失經(jīng)濟運行價(jià)值。因此，對于西安的地熱水資源需要科學(xué)評估，合理利用，防止因過(guò)度開(kāi)采而耗盡。

 

  現在，我們需要很好地認識和了解地熱資源——土壤熱源和熱巖資源。

 

  地熱是蘊藏在地球內部的一種巨大的“綠色能源寶庫”，具有可持續和可再生等特點(diǎn)，不僅資源儲量大，分布廣，還是一種新型清潔能源，開(kāi)發(fā)利用地熱能具有良好的社會(huì )效益、環(huán)境效益，市場(chǎng)潛力巨大，發(fā)展前景廣闊。早在1970年，地質(zhì)部部長(cháng)李四光就提出“地下是一個(gè)大熱庫，是人類(lèi)開(kāi)辟自然能源的一個(gè)新來(lái)源，就像人類(lèi)發(fā)現煤炭、石油可以燃燒一樣”。地熱是唯一不受天氣、季節變化影響的能源，最大優(yōu)勢在于其安全性、穩定性、連續性和利用率高，具有清潔、低碳、可再生等特點(diǎn)。積極開(kāi)發(fā)利用地熱能對緩解我國能源資源壓力、實(shí)現非化石能源目標、推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費革命、促進(jìn)生態(tài)文明建設具有重要的現實(shí)意義和長(cháng)遠的戰略意義。

 

  按照現有開(kāi)發(fā)技術(shù)的可能性，地熱資源的范圍一般指在地殼表層以下5000米以?xún)鹊貙雍蛶r石所含的熱量。按照埋藏深度，200米以?xún)鹊膶儆?a href="http://m.keyinmall.com/t/淺層地熱能.html" >淺層地熱能，稱(chēng)為土壤熱源，溫度大約在25攝氏度左右。隨著(zhù)深度增加，正常狀態(tài)為埋深每增加100米，溫度升高3攝氏度。埋深200米~3000米的屬于中層地熱，溫度在65～150攝氏度之間，埋深3000米以上深層沒(méi)有水或蒸汽的熱巖體屬于深層地熱，溫度在150～650攝氏度之間。習慣上將土壤熱源之外的地熱統稱(chēng)為干熱巖。

 

  據測算，我國在較淺層的干熱巖資源中，蘊藏的熱能是包括石油、天然氣和煤在內的所有化石燃料能量的300倍還多，地下3000米～10000米深處干熱巖資源相當于860萬(wàn)億噸標準煤，是我國目前年度能源消耗總量的26萬(wàn)倍。最重要的是，干熱巖系統的排放幾乎為零，無(wú)廢氣和其他流體或固體廢棄物，可維持對環(huán)境最低水平的影響，最大程度地緩解氣候變化壓力。

 

  我國幅員遼闊，地下蘊藏的地熱能極其豐富并且遍布各處，與其他幾種新能源相比，其具有穩定性高、品質(zhì)好、儲藏量高、遍布區域廣、可再生等優(yōu)點(diǎn)，并且未被大量開(kāi)發(fā)。因此，地熱能開(kāi)發(fā)利用逐漸成為了新能源產(chǎn)業(yè)中最具開(kāi)發(fā)潛力、最具有市場(chǎng)空間、最具有經(jīng)濟社會(huì )效益的產(chǎn)業(yè)。

 

  土壤熱源與干熱巖應用技術(shù)對比

 

  目前在西安已有針對土壤熱源和干熱巖兩種地層地熱應用的成功案例，特別是干熱巖供熱技術(shù)，經(jīng)過(guò)科技人員多年研發(fā)已取得重大突破。    一是利用土壤熱源供暖。西安市內某小區因市政熱力管網(wǎng)沒(méi)有到達，建成數年無(wú)法供暖。通過(guò)運用地源熱泵技術(shù)，在小區周?chē)?a href="http://m.keyinmall.com/t/鉆探.html" >鉆探741個(gè)埋深200米的換熱孔，通過(guò)地源熱泵吸附25攝氏度左右的土壤熱源，解決了13.82萬(wàn)平方米住宅建筑面積供暖問(wèn)題。

 

  地源熱泵的優(yōu)點(diǎn)是：環(huán)保節能，不使用煤炭、天然氣，不產(chǎn)生廢氣、廢渣；安裝使用相對靈活，不受市政管網(wǎng)輻射的限制；可以提供供暖、制冷、解決部分生活熱水，一機多用。其缺點(diǎn)是：換熱孔施工需要較大的空間，在建筑密度高的區域無(wú)法大面積實(shí)施，難以規?；l(fā)展，由淺層土壤熱源吸熱，需要消耗一定電力。

 

  二是利用干熱巖熱能供暖。西安市內某大廈商住樓項目，通過(guò)運用干熱巖供熱技術(shù)，在市區街道紅線(xiàn)內鉆探3個(gè)直徑200毫米、埋深2000米的換熱孔，吸附65攝氏度左右的干熱巖熱能，滿(mǎn)足了28層3.77萬(wàn)平方米建筑面積供暖需要。該項技術(shù)通過(guò)鉆機向地下干熱巖層鉆直徑200毫米、埋深2000米的換熱孔，給孔中安裝密閉的金屬換熱器，在換熱器內充滿(mǎn)換熱介質(zhì)——軟化水，通過(guò)換熱器管壁傳導將地下深層的熱能導出，再通過(guò)循環(huán)系統向建筑物供熱，能量來(lái)自地下，效率更高，經(jīng)濟效益、社會(huì )效益顯著(zhù)，治污減霾成效更加突出。

 

  干熱巖供熱技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

 

  一是占地空間小。鉆孔位置的選定比較靈活，可不受場(chǎng)地條件制約。二是綠色環(huán)保。無(wú)廢氣、廢液、廢渣等排放。三是保護水資源。系統與地下水隔離，不抽取動(dòng)用地下水。四是高效節能。新材料的使用提高了吸熱導熱效率，一個(gè)換熱孔可以解決1萬(wàn)～1.3萬(wàn)平方米建筑的供暖。五是系統壽命長(cháng)。換熱器采用特種鋼材制造，耐腐蝕、耐高溫、耐高壓，壽命可與建筑壽命相當。六是安全可靠?？讖叫?，埋管深，系統穩定，地下無(wú)運動(dòng)部件，對建筑地基無(wú)任何影響。七是投資成本低。向地下中、深層取熱，增加單孔取熱量，擴大供熱面積，可減少鉆孔數，降低開(kāi)發(fā)成本。以100萬(wàn)平方米建筑面積一個(gè)采暖季（4個(gè)月）為例來(lái)分析一下。

 

  能源消耗對比：采用干熱巖供熱技術(shù)需要消耗部分電能，折合成當量標準煤約為5400噸；采用燃煤鍋爐消耗標準煤量1.6萬(wàn)噸，比干熱巖供熱多消耗標準煤約1.06萬(wàn)噸。

 

  排放物質(zhì)對比：干熱巖供熱技術(shù)消耗少量電能，不產(chǎn)生廢棄物，零排放；燃煤鍋爐二氧化碳排放量約4.3萬(wàn)噸、二氧化硫排放量約136噸。    投資運行對比：與燃煤鍋爐、燃氣鍋爐相比，干熱巖技術(shù)應用前期投入低20%左右，正常運行及維護費用低35%左右。

 

  地熱能技術(shù)應用需要大力扶持和推廣

 

  地熱能作為可再生的新型環(huán)保清潔能源，也是一種特殊礦產(chǎn)資源。地熱資源的應用潛力巨大，隨著(zhù)技術(shù)進(jìn)步，不斷擴大使用范圍，將會(huì )創(chuàng )造一種全新的能源利用形式，不僅可以?xún)?yōu)化能源消費結構，節約資源，而且治污減霾效果突出，環(huán)境效益十分顯著(zhù)?？茖W(xué)開(kāi)發(fā)利用地熱能會(huì )給人類(lèi)社會(huì )發(fā)展帶來(lái)巨大好處。僅從利用地熱能供暖測算，若實(shí)現利用地熱能供暖1000萬(wàn)平方米面積，每年可節約標準煤約59萬(wàn)噸，減排二氧化碳約160萬(wàn)噸，二氧化硫約5000噸，氮氧化物約4900噸。

 

  我國十分重視推進(jìn)地熱資源利用。早在2008年12月國土資源部就發(fā)出了《關(guān)于大力推進(jìn)淺層地熱能開(kāi)發(fā)利用的通知》，指出“要加強組織領(lǐng)導，抓好技術(shù)培訓，制定優(yōu)惠政策，實(shí)行規范管理，促進(jìn)淺層地熱能開(kāi)發(fā)利用工作健康發(fā)展?！?/div>