地熱資源的特點(diǎn)與可持續開(kāi)發(fā)利用

  資源與環(huán)境是人類(lèi)賴(lài)以生存、繁衍和發(fā)展的基本條件, 資源環(huán)境與可持續發(fā)展已成為人類(lèi)共同面臨的重大問(wèn)題。近一個(gè)世紀以來(lái), 全世界的人口增長(cháng)了2 倍, 能源和天然資源的消費增長(cháng)了10 倍,對人類(lèi)的生存和可持續發(fā)展都提出了嚴峻的考驗。

 

  地熱資源作為一種清潔可再生能源, 在人們環(huán)保意識越來(lái)越強烈的今天, 也受到越來(lái)越多的關(guān)注。2004 年8 月, 在意大利佛羅倫薩舉行的第32屆地質(zhì)大會(huì )上, 就專(zhuān)門(mén)設置“ T09.06 地熱田” 第278 專(zhuān)題討論地熱資源。地熱能在世界范圍內的廣泛應用, 是因為它不僅是一種不會(huì )對環(huán)境造成污染的能源, 而且在于它的使用不受時(shí)間和氣候的限制。

 

  1  地熱資源的基本特性與特點(diǎn)

 

  1.1  地熱資源的基本特性

 

  地熱資源是指在當前技術(shù)經(jīng)濟和地質(zhì)環(huán)境條件下, 能夠從地殼內科學(xué)、合理地開(kāi)發(fā)出來(lái)的巖石中的熱能量、地熱流體中的熱能量及其伴生的有用組分。地球是一個(gè)巨大的熱庫, 從地面越往下溫度越高, 正常增溫梯度為每1000m 增加25 ℃～ 30 ℃。

 

  由于構造原因, 地球表面的熱流量分布不均, 部分地區大于正常梯度時(shí)就形成地熱異常。從全球地質(zhì)構造觀(guān)點(diǎn)看, 大于150 ℃的高溫地熱資源帶, 主要出現在地殼表層各大板塊的邊緣、碰撞帶、開(kāi)裂部位和坳陷區。

 

  地熱田儲存資源量大, 水源雖來(lái)自大氣降水,但水的徑流緩慢, 形成熱水的周期可達數千年, 甚至上萬(wàn)年, 與地下冷水一般一年左右的循環(huán)周期有明顯不同。地熱資源賦存在一定地質(zhì)構造部位, 有明顯的礦產(chǎn)資源屬性, 具有礦產(chǎn)資源和水資源的雙重性, 是集熱、礦、水三位一體的清潔、寶貴、可利用的礦產(chǎn)資源。

 

  2.2  地熱資源的特點(diǎn)

 

  (1) 地熱能是一種清潔能源。我們所說(shuō)的“清潔” 是指地熱能是相對其它能源對環(huán)境污染最小的一種能源, 特別是由于地熱開(kāi)發(fā)利用技術(shù)的提高,用高溫地熱田發(fā)電所產(chǎn)生的二氧化碳的排放量, 較常規化石能源發(fā)電要小得多。

 

  (2) 地熱資源是一種可再生、可持續使用的能源。在地熱源體系里, 地熱水通過(guò)對流的方式實(shí)現能量的傳遞, 屬于可再生范疇。我們所說(shuō)的地熱資源的可持續利用, 是以一個(gè)國家或地區的概念, 在一個(gè)相當長(cháng)的時(shí)間內來(lái)統一規劃利用地熱資源, 不論是用于發(fā)電或是直接熱利用, 使得新開(kāi)發(fā)的地熱系統可以取代逐步被淘汰的舊系統。

 

  (3) 地熱資源的利用不受其它因素的影響。地熱資源的利用可以不受天氣、季節的影響, 每一天每一刻均可連續使用。即使在常規維修檢查時(shí), 地熱源電站仍可持續發(fā)電。相反, 其它形式的能源或多或少要受一定的外部變化的影響。因此, 對于裝機容量相同的新能源發(fā)電站來(lái)說(shuō), 地熱電站的年發(fā)電量, 要高于風(fēng)能發(fā)電場(chǎng)、光伏電站等。

 

  2  我國地熱資源概況與開(kāi)發(fā)利用現狀

 

  我國是一個(gè)地熱資源豐富的國家, 據黃尚瑤等人資料統計〔2〕, 全國水溫在25 ℃以上的溫泉總數為2796 處, 其中有2004 處分布在我國中西部地區, 包括晉、蒙、豫、鄂、湘、桂、陜、寧、甘、青、新、川、渝、黔、滇、藏16 個(gè)省、市、自治區, 占全國71.7 %。我國中西部地區擁有溫泉資源的市縣數為455 個(gè), 是全國市縣總數(681 個(gè))的2/3 。此外, 在我國迄今發(fā)現的水溫≥100 ℃(或當地沸點(diǎn))的93 處沸泉中, 有81 處集中分布在西藏、滇西及川西地區, 分別為45 、27 及9 處,其中包括世界罕見(jiàn)的間歇噴泉。據賓德智資料〔3〕,我國西南部地區地熱資源最為豐富, 已探明可利用的地熱總量占全國51.05 %, 中南地區占15.89 %。

 

  在西藏的羊八井已探獲329 ℃的高溫地熱資源, 在臺灣的北投已打出294 ℃的高溫地熱井。在云南的騰沖-梁河一帶, 其地熱顯示可與西藏羊八井相媲美, 根據熱海熱田淺孔測溫資料, 地表20多米深處水溫高達145 ℃。我國地熱資源的地理分布恰好與當地的經(jīng)濟布局, 大、中城市的規劃區相匹配, 有利于地熱資源的因地制宜地大規模開(kāi)發(fā)和利用。如在環(huán)渤海經(jīng)濟區, 經(jīng)過(guò)勘查已發(fā)現近百處地熱田, 其中京津保三角地區就有30 多處地熱田可供近期開(kāi)發(fā)利用(馬殿輝等, 2000), 地熱資源埋藏淺(600 ～ 2000m), 多數在1000m 左右, 井口溫度多在70 ℃～ 90 ℃之間, 儲量大, 儲層多,單塊地熱田最大面積可達600km2 , 熱能利用潛力在500MW 以上。我國地熱資源潛能巨大, 地下3000m 以?xún)瓤梢?a href="http://m.keyinmall.com/t/直接利用.html" >直接利用的經(jīng)濟型地熱資源約為1353 億t 標煤當量, 僅天然溫泉釋放的熱量每年大約為360 萬(wàn)t 標煤當量。

 

  近年來(lái), 隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展、科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和人們對地熱資源認識的提高, 出現了地熱資源開(kāi)發(fā)利用的熱潮。天津市地熱開(kāi)發(fā)利用勢頭迅猛, 僅塘沽池地區就開(kāi)鑿了26 眼地熱井。北京市珠市口大街的328 號位置, 成功地開(kāi)發(fā)出一口深1400m 的地熱井, 井口水溫52 ℃;在北京良鄉地區鑿成3口日出水量2000L 、水溫55 ℃的地熱井。京津地區冬季地熱采暖面積超過(guò)了400 萬(wàn)m2 。陜西省咸陽(yáng)市近兩年來(lái)積極開(kāi)發(fā)熱資源, 已打成9 口地熱井, 井深1600 ～ 1800m , 井口水溫65 ～ 104 ℃。河北省深州市已完成4 口地熱井, 出水溫度達到83 ℃。山東省一些大中城市, 如濟南市、青島市、威海市、泰安市、聊城市等相繼開(kāi)發(fā)利用地熱水。

 

  西藏羊八井電廠(chǎng)是我國裝機容量最大的地熱電廠(chǎng),運營(yíng)20 年來(lái), 累計向拉薩市供電11 億kWh , 占拉薩電網(wǎng)電量的45 %以上;阿里地熱資源的開(kāi)發(fā)也實(shí)現了服務(wù)于當地經(jīng)濟的目的。據不完全統計,我國地熱供熱利用總量已超過(guò)了2282MW , 僅次于美國。

 

  但是, 我國地熱資源開(kāi)發(fā)利用在取得了很大成績(jì)的同時(shí), 還存在一些問(wèn)題:我國地熱開(kāi)發(fā)利用總量很少, 還不到可利用量的千分之一;絕大多數地熱開(kāi)發(fā)利用水平很低, 仍然處在自發(fā)、分散和粗放經(jīng)營(yíng)的階段, 甚至個(gè)別地方還存在著(zhù)盲目開(kāi)采的現象;資源利用單一, 浪費嚴重;重開(kāi)發(fā)輕保護, 導致地面下沉和環(huán)境嚴重污染。

 

  3  地熱資源的可持續開(kāi)發(fā)利用

 

  為了加快地熱資源的開(kāi)發(fā), 必須認真貫徹“正

 

  確處理經(jīng)濟發(fā)展同人口、資源、環(huán)境的關(guān)系, 資源開(kāi)發(fā)和節約并舉, 把節約放在首位, 提高資源利用效率” 的指導思想, 合理利用地熱資源, 取得更好的經(jīng)濟、環(huán)境和社會(huì )效益。為此, 在地熱資源開(kāi)發(fā)中應重視以下幾個(gè)問(wèn)題。

 

  3.1  搞好科學(xué)規劃、加強前期地質(zhì)論證工作, 避免盲目開(kāi)發(fā)搞地熱資源開(kāi)發(fā), 首先要在地質(zhì)勘查的基礎

 

  上, 根據資源的儲量、質(zhì)量、性質(zhì)、區位特點(diǎn), 以及區域經(jīng)濟發(fā)展的需求, 優(yōu)化資源配置并做出科學(xué)合理的利用規劃;然后按照規劃因地制宜地制定出分步實(shí)施的方案;再根據實(shí)施方案進(jìn)行正規的設計, 施工和設備選購。這樣, 就改變了過(guò)去一些地方出現的, 未搞清資源情況就開(kāi)工上項目的盲目開(kāi)采現象, 從而避免了資源、資金的浪費和環(huán)境污染。

 

  近年來(lái), 各地地質(zhì)隊伍采用先進(jìn)技術(shù)方法進(jìn)行綜合勘查, 綜合解釋, 切實(shí)開(kāi)展前期地質(zhì)論證工作, 在進(jìn)行充分論證的基礎上, 確定探采結合的地熱井井位。實(shí)踐表明, 在多數情況下是成功的, 尤其是在石油部門(mén)打過(guò)油氣探井的地方打地熱井, 因有油氣探井試油、試水成果, 成功率較高。因此,有的地方根據石油探井提供的有關(guān)信息, 包括含水層巖性、厚度、滲透性、水溫、水化學(xué)等資料, 選定井位, 對地熱資源的勘探開(kāi)發(fā)起到了重要指導作用。有些地區的油氣探井雖曾打出地熱水, 但多已封井, 如四川大邑縣花水灣的一眼廢棄探井, 經(jīng)專(zhuān)家進(jìn)行可行性論證后被打開(kāi), 獲得水溫近70 ℃、自流量達7000m3 /d 的自流熱水。而在一些地方,如成都鳳凰山, 由于地質(zhì)構造復雜, 勘查技術(shù)手段有限, 致使鉆探工作失利, 大量資金流失。目前,就地熱勘探工作的發(fā)展勢頭看, 各地地熱井越打越深, 不僅在地熱異常區打井, 在非異常區也打, 風(fēng)險很大。因此, 為提高鉆井成功率, 最大限度地減少鉆探風(fēng)險, 做好前期地質(zhì)論證工作取得必要的地質(zhì)依據, 是十分重要的。

 

  3.2  合理開(kāi)發(fā), 綜合利用, 有效保護, 實(shí)現地熱資源的可持續開(kāi)發(fā)地熱資源開(kāi)發(fā)利用的范圍很廣, 是由其多功能特點(diǎn)決定的, 所以在地熱開(kāi)發(fā)利用中, 要合理開(kāi)發(fā), 按不同的用途, 綜合利用資源, 進(jìn)行梯級利用, 最大限度地提高資源利用效率, 從而獲得高的經(jīng)濟效益。

 

  地熱資源是可再生的能源資源, 同時(shí)又是有限的資源, 其補給的過(guò)程是極其緩慢的。在合理開(kāi)發(fā)地熱資源的同時(shí), 還要注意保護好地熱資源。在我國中西部的一些地熱田, 如羊八井、西安、昆明、鄭州等地, 由于過(guò)量開(kāi)采而引起水位持續下降, 有的地方已導致資源枯竭, 嚴重影響到地熱田的壽命。羊八井地熱田于1991 年所測地面最大沉降值達176.6mm , 生產(chǎn)井的汽化面已下降20 ～ 45m ,92 ℃泉、河心沸泉等地表地熱顯示消失了, 熱水湖不熱了。西安東南郊地區水位已降至井口以下120m 左右, 昆明地熱田水位以年均1m 的速度持續下降。為保持地熱井水量和水壓的穩定及防止地熱尾水對環(huán)境的影響, 一方面要加強管理, 采取限量打井、限制開(kāi)采量等措施, 合理開(kāi)采, 有效保護;另一方面, 需結合地熱田具體條件, 反復進(jìn)行回灌試驗取得可靠參數, 開(kāi)采與回灌要同時(shí)考慮,以確保地熱資源的可持續開(kāi)發(fā)。

 

  3.3  發(fā)展地熱資源的直接利用、梯級利用和景觀(guān)保護我國大部分地區地熱資源豐富, 類(lèi)型齊全, 分布廣泛, 且多為中低溫;高溫地熱資源僅分布在西藏、滇西和川西地區。據統計, 我國已經(jīng)調查的2004 處溫泉中, 有1580 處水溫介于25 ℃～ 60 ℃之間, 占溫泉總數的78.8 %。因此認為, 在我國地熱資源的開(kāi)發(fā)利用方面, 以發(fā)展中低溫地熱資源的非發(fā)電利用, 即直接利用為宜, 如在紡織、印染、造紙、空調、制冷、魚(yú)類(lèi)加工、奶制品、麥種、蔬菜、水果等烘干, 孵化、繁育良種, 溫室種植、水產(chǎn)養殖、繁育水浮蓮, 灌溉農田、發(fā)展農村沼氣,化學(xué)提取以及采暖、沐浴、療養、旅游、熱供水、飲用等方面開(kāi)展綜合利用, 以滿(mǎn)足廣大用戶(hù)的需求。目前, 在我國的一些地熱區, 地熱采暖后尾水的溫度多在30 ℃ ～ 40 ℃之間, 尚未充分利用就被大量排出, 說(shuō)明目前資源浪費的現象是較為普遍的。建議按不同溫度開(kāi)展地熱資源的梯級利用, 即根據“因地制宜, 物盡其用” 的原則, 發(fā)揮資源優(yōu)勢, 減少浪費, 提高地熱利用率。

 

  對一些高溫溫泉、沸泉以及間歇噴泉來(lái)說(shuō), 發(fā)電利用并不是地熱開(kāi)發(fā)利用的唯一方向。比如間歇噴泉, 它是在特定的地質(zhì)構造背景下形成的, 在世界范圍內僅發(fā)現數處, 如美國黃石公園的老實(shí)泉、冰島大噴泉以及我國西藏的搭格架、谷露、查布和川西的熱坑(茶洛)等, 均屬十分罕見(jiàn)的奇特景觀(guān)。滇西騰沖是我國大陸唯一保存完好的火山溫泉區, 擁有罕見(jiàn)的火山、地熱景觀(guān)及珍貴的醫療礦泉水資源。發(fā)展上述地熱景觀(guān)的非電利用, 對于保護這類(lèi)自然“瑰寶” 更具有深遠意義。如在這類(lèi)地區開(kāi)展以發(fā)電為目的的地熱勘查工作, 建立電站, 勢必會(huì )破壞在漫長(cháng)的地質(zhì)發(fā)展過(guò)程中形成的地熱景觀(guān), 這在我國西部的地熱開(kāi)發(fā)中是有過(guò)教訓的, 其后果將不堪設想。因此, 建議有關(guān)部門(mén)盡快立法,使大自然賦予人類(lèi)的來(lái)之不易的地熱景觀(guān)得以保護下來(lái), 留傳后代。

 

  3.4  采用先進(jìn)科學(xué)技術(shù), 建好示范點(diǎn), 形成規模,推進(jìn)地熱利用產(chǎn)業(yè)化發(fā)展合理地開(kāi)發(fā)利用地熱資源, 必須有相當先進(jìn)的開(kāi)發(fā)利用技術(shù)手段, 以期達到在節能、保護環(huán)境的基礎上, 充分發(fā)揮地熱工程效益的目的。目前, 我國無(wú)論是在地下勘探、儲量評價(jià), 還是在開(kāi)發(fā)利用、設備與儀表制造等方面, 在技術(shù)上與國外都有很大差距, 這就要求我國的有關(guān)部門(mén)和企業(yè), 狠下功夫, 提高技術(shù)水平, 推廣新技術(shù)、新材料、新工藝, 逐步淘汰落后的設備和工藝, 使我國地熱開(kāi)發(fā)的總體水平逐漸接近世界先進(jìn)水平。

 

  提高技術(shù)水平的重要途徑, 是加快地熱利用產(chǎn)業(yè)化建設。采用先進(jìn)技術(shù), 必須做好示范試點(diǎn)工作, 通過(guò)示范培育典型, 然后以點(diǎn)帶面, 不斷總結經(jīng)驗, 逐步擴大規模。示范點(diǎn)的建立應與當地的資源條件和開(kāi)發(fā)條件結合起來(lái), 形成不同的類(lèi)型, 如高溫地熱發(fā)電、中低溫地熱采暖、養殖和種植、療養和旅游等。所有的示范點(diǎn)應具有規模效益, 應當是科學(xué)規劃、合理開(kāi)發(fā)、綜合利用的典型, 是地熱資源節約、高效運用的典型, 是實(shí)行系列化、規?；彤a(chǎn)業(yè)化的典型。

 

  3.5  按法律、法規嚴格管理

 

  首先, 從資源管理人手, 嚴格按照《礦產(chǎn)資源法》及其配套法規的要求, 調整好地熱資源勘查、地熱儲備與開(kāi)發(fā)強度的關(guān)系, 優(yōu)化資源配置。要認真貫徹落實(shí)《中華人民共和國節約能源法》, 規范地熱能源的開(kāi)發(fā)利用。地熱供熱工程從設計、施工到生產(chǎn)運行, 要建立健全規范的生產(chǎn)管理體系和服務(wù)體系, 建立開(kāi)采、回灌體系, 地熱田監測體系,并按相應的法規嚴格管理, 確保資源能夠科學(xué)規劃、合理開(kāi)發(fā), 高效持續利用。其次, 要加強地熱、節能的科學(xué)管理。地熱裝備系統都應配置計量和控制儀表, 并應逐步使用計算機自動(dòng)監控系統。

 

  有條件的地方, 要進(jìn)行地熱利用節能技術(shù)經(jīng)濟評價(jià), 開(kāi)展地區間技術(shù)咨詢(xún)、信息服務(wù)和人才培訓等工作。第三, 要加強部門(mén)間、行業(yè)間的協(xié)調。地熱的開(kāi)發(fā)利用涉及許多部門(mén)和行業(yè), 只有在各部門(mén)和各行業(yè)的支持和配合下, 才能使我國的地熱事業(yè)高速健康發(fā)展。

 

  綜上所述, 地熱能是一種應用前景十分廣闊的新能源。通過(guò)長(cháng)期的利用實(shí)踐, 人們認識到在地熱資源的開(kāi)發(fā)利用中, 應根據資源條件, 貫徹因地制宜, 合理開(kāi)采, 避免浪費, 綜合利用, 提高熱能利用率的方針。隨著(zhù)我國社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展, 地熱能的開(kāi)發(fā)水平逐步提高, 已從單一的粗放型利用向綜合的集約化利用發(fā)展, 它必將為我國的經(jīng)濟發(fā)展做出更大的貢獻。