地热能开发利用（精选12篇）
地热能开发利用 篇1
1 地热能利用的概况
面对日益严峻的能源危机和环境污染, 全世界都在研究应对措施。开发利用新型能源和可再生能源是必然采取的重要措施。其中地热能具有很大的开发利用潜力。据有关资料报导每年从地球内部传到地球表面的热量大约相当于1×1011桶石油燃烧时所放出的热量。如果把地球上贮存的全部煤燃烧时放出的热量作为100计算, 那么石油的量约为煤的3%;目前可利用的燃料约为煤的15%, 而地下热能的总量约为煤的170 000 000倍。中国的地热资源十分丰富, 已发现天然露头温泉就有2 000多处, 且每处有若干温泉群和温泉点。温度大多在60℃以上, 有的达100℃~140℃。
地热能的利用可分为地热发电和直接利用两大类。
地热发电分蒸汽型地热发电和热水型地热发电。热水型地热发电是地热发电的主要方式。目前热水型发电站有两种循环系统。闪蒸系统和双循环系统。
直接利用目前有以下方面:
a) 地热供暖。将地热能直接用于采暖, 供热和供热水。冰岛在1928年就在首都雷克雅未克建成了世界上第一个地热供热系统, 现已发展得非常完善, 每小时可从地下抽取7 740 t 80℃的热水供全市11×104居民使用。由于没有高耸的烟筒被誉为“世界上最清洁无烟的城市”。此外还可以利用地热给工厂供热, 供给烘干、食品加工、硅澡土生产, 以及木材、造纸、制革、纺织、酿酒、制糖等生产过程的热源。使工厂节省大量的能源与污染。降低成本、改善环境;
b) 服务农业。地热在农业中的应用范围十分广阔。例如灌溉、养鱼、建造温室大棚, 给沼气加温等, 可以利用地热大力发展养殖业和种植业;
c) 服务医疗。地热水除有较高温度外:常含一些特殊的化学元素, 世界各国很重视这种资源, 发现具有一定的医疗效果, 如含碳酸的矿泉水供饮用, 可调节胃酸。平衡人体酸碱度。含铁矿泉水饮用后、可治疗缺铁性贫血症, 氢泉, 硫化氢泉洗浴可治神经衰弱, 关节炎皮肤病等;
d) 服务旅游业。温泉的特殊条件常常成为休闲旅游和度假疗养的胜地。可吸引大批的疗养者和旅游者。在日本就有1 500多个温泉疗养院, 每年吸引1×108人疗养旅游。
由于地热资源丰富, 用途广阔, 清洁无污染, 因此充分开发利用地热大有可为, 随着科技的发展, 人类对社会发展的科学要求, 地热利用必将进入1个飞速发展的阶段。
2 中国的地热能开发
目前, 中国共有40多个地热研究与开发机构、其中15个从事地热地质勘测;25个从事地热能利用, 地热工程设计与施工;30个地热公司。中国是世界上地热能利用最早的国家之一, 目前基本形成以天津为重点开展城市供热, 以羊八井为重点进行发电利用的格局。中国地热利用发展最快的是供暖和养鱼。例如天津建成13×104人供热的区域供暖系统。陕西建成2个3×104、6.6×104m2的鱼塘。北京小汤山建成300多只鸵鸟的鸵鸟养殖场。养殖周期3 a至5 a。经济效益显著。
3 忻州市地热能情况
据了解忻州市范围内存在丰富的地热资源。境内现已发现3处热水。水温36℃~54℃, 含热水层均为第四系松散层, 至1988年未进行止水工作, 为混合抽水。原平大营热水井, 位于大营村西公路边, 井深118.89 m, 主要开采段为25 m~36 m、78 m~113 m, 自流量30 t/h, 水温36℃。定襄白村乡上汤头村东南181号井, 井深66.7 m。60 m见基石, 开采段为32m~36 m、42 m~43 m、54 m~59 m, 水温53℃, 自流。水位降至23.95 m时出水量为30 t/h, 水温56.8℃。忻州南高热水区, 以水温20℃为边界范围呈椭圆形, 长轴方向约北10 m东, 长3 km, 宽1.5 km左右, 出水量为30.6 t/h。抽水2 min, 温度由48.3℃变为49.9℃, 1 h后水温达53.3℃井深40 m左右。
4 分析
地热技术已发展多年, 有不少成功的经验, 而忻州又具备地热资源。这是一种自然的, 最有实用价值, 又充足而且没有污染的能源, 因此开发利用地热资源为忻州市人民谋幸福是一项利国利民的好事。目前, 忻州的这一资源仅限于洗澡, 度假的规模也很小, 名声不大、旅客少, 主要是娱乐度假的开发规模和范围小, 服务设施及服务单一。特别应该加强地热在人民生活中, 在农业生产中, 在农副产品加工中的应用。例如农业可以利用地下热水灌溉、保温、育秧、养鱼和栽培热带作物等等, 工业可用地下热水作为热源、节约大量燃料。从地下水中还能提取有用的矿物原料, 稀有化学元素和原子能电站所需用的重水等, 在医疗上, 在建筑取暖方面都有很大的发展潜力。特别是建蔬菜大棚和民用居住房屋方面应加大投入, 在节约能源减少环境污染、改善生存环境方面有重要的意义。因此要充分利用本地这一资源优势, 充分发挥其作用, 将是使忻州市又好又快发展的重要的措施。
5 建议
加速地热能的利用是利国利民, 加速忻州市和谐发展、科学发展、又好又快发展的重要途径。而忻州市地热能的利用没有引起足够的重视, 且应用范围和规模十分有限。针对现状我们提出以下几点建议。
a) 要引起有关部门与有关领导的重视。通过调研掌握目前地热利用的技术、范围、效果, 分析地热利用的投资及基本情况;
b) 深入考察本地关于地热能的利用情况, 同时进一步摸清本地区资源的情况。制定发展规划;
c) 组织专家论证, 并组织专门机构、专人从事这方面的研究工作, 为开发本地区地热资源合理科学的利用, 这一优势资源为忻州市发展提供有力的支持。
地热能开发利用 篇2
河南省地热水资源开发利用规划
在评述河南省地热水资源的分布及其开发利用状况的`基础上,依据评价标准对河南省地热水资源的开发利用程度进行了评价.基于各地的地热水资源开发利用程度,从开采总量控制、地热井规划布局、开发利用现状分区、资源利用优化配置、资源勘查规划及重点项目规划等五个方面对河南省地热水资源开发利用进行了科学系统规划,为充分发挥河南省地热水资源的最大效益并避免环境水文地质问题的发生奠定了基础.
作 者：王心义 黄丹 WANG Xin-yi HUANG Dan 作者单位：河南理工大学资环学院,河南,焦作,454000 刊 名：地下水 英文刊名：UNDERGROUND WATER 年，卷(期)： 31(6) 分类号：P314.1 关键词：河南省 地热水资源 评价现状 开发利用规划地热资源利用的开发效应和对策 篇3
关键词：地热资源；开发利用；生态效应；对策研究
一、地热的形成和基本特点
1.1地热的形成。地球是一个巨大的球体，分为地壳、地幔、地核。地幔部位都是由熔融状态的岩浆构成。因此越往地球内部温度越高。地球内部的热量都是由历史演变中地球中的放射性元素衰变而产生的。由此可见地球就是一个巨大的热能库。在它里面有丰富的热能，地热也由此而来。因为地热的存在离不开大气和水，人们也只有通过气态和液态的物体才能感受地热的存在，地热资源属于一种清洁、环保的新型能源。
1.2地热的特点：（1）分布广。地热的形成离不开地壳的运动，板块的碰撞挤压都会带来大规模的地球能量释放，这就使得地热的分布比较广泛，所以在地表各大板块的边缘、碰撞带都存在地热。（2）属于可再生资源。地热的使用是通过水的对流方式进行能量的传递。也是一个无限循环的过程，因此是一个可再生的能源。（3）清洁的新型能源。地热是一种新型的环保型能源，污染少，利用率高。相比传统的煤炭、石油来说，地热对环境的危害可以忽略不计。
二、地热利用中主要开发效应
2.1地面沉降。如果长期抽取地下热水而不回灌会引起水位下降，导致地层进一步的压密，从而加剧地面沉降的发生。根据天津市对市区的沉降测量表明，开采300m深度以下地下水，对地面沉降影响约占总沉降量的35%—50%。在人口居住区会造成住宅楼和其他建筑物基础的坍塌，而在非人口居住区会对地表水径流系统造成负面影响。长期地热流体开采而不回灌，将导致地面的沉降和水平位移。
2.2热污染。所谓热污染是指在缺乏梯级利用的情况下，尾水的温度本身较高，如果没有采取地热回灌或是相应的处理措施，就更会促使局部空气和水体的温度升高。温度较高的地热尾水在排放过程中，会向周围环境释放一定的热量，使周围的空气或水体的温度升高，不仅加快水汽循环，还会使水中缺氧，从而使生态环境发生改变，影响水生生物的正常生活、发育、繁殖等。例如在我国西藏羊八井热田，由于弃水温度高达70℃～80℃，自1978年开始开采到1992年，在地热电站二分厂厂部附近约2000m2的地面温度升至40℃～90℃。华北有些地区，如天津、河北雄县废水温度达40℃。这些尾水的排放，促使局部空气和水体的温度升高，改变了生态平衡，从而影响了环境和生物生长。
2.3化学污染。地热水含有一些有害成分和污染物，其中最重要的问题是氟。在我国的地热水中氟的含量最高，一般是015mg/L～17mg/L，最高的可达40mg/L。使用后的高氟地热水（地热尾水）长期排放，必然引起附近地区土壤或农田污染。例如河北省河间县马16井因尾水长期渗入农田，使耕地变成荒田，不得不向农民赔款。另外高氟水对土壤的污染还表现在水平分布上随着距离热井距离的增加而呈下降趋势。
2.4诱发地震。地热异常区多处于现代火山、近代岩浆活动地区或近代地壳构造运动活跃地区。当地下热水被过量开采后势必会使岩层内及岩层下的水体空缺，一旦流体压力超过启动断层运动所需的临导值时，大地的稳定性遭到破坏将诱发地震。王卫东（2005，12）等研究了西安及其邻近地区自从1976年以来该区域的地震活动，得出西安地区的地热水开采引起了西安附近地区地震活动性明显增强。在河北省怀来后郝窑地热田也有类似的现象发生。
三、解决地热资源开发效应的对策分析
3.1政府加强管理。政府相关部门应加强监控与管理，严格地热工程的审批制度，强调地热资源开发过程中的监测网络和回灌系统建设以及综合开发利用，使地热资源能够合理有序地开发利用，减少盲目开采对地热资源造成的浪费以及过量开采所导致的潜在地质灾害影响的积累。
3.2制定健全的法律法规。首先要加快对我国的新能源和可再生资源开采和保护的立法程序，同时完善目前有的对资源开发保护的法律法规，制定一系列相关条例。只有将地热资源的开采保护纳入法律，才会有理论依据，才会有更多的优惠政策，人们才会更加重视地热资源的开采和利用。在地热资源的开采和利用中无论是从生产管理体系还是服务体系都应该有一套明确的标准制约。
3.3提高技术水平。加强地热资源勘查、开发和保护中的关键技术研究，如加强地热尾水回灌技术和地热尾水处理研究；强化热能利用效率和传热管道保温措施，降低地热消耗和尾水温度；改进地热钻井、综合开发利用和地热防腐等方面的技术，提高地热资源的综合利用效率和经济环境效益。只有依靠先进的科技才能提高我国地热资源的开采能力，才能使得资源不被浪费，才能达到节能和保护环境的相结合，才能最大的提高综合经济效益，才有利于可持续发展，推进地热产业化。
3.4加强地热资源勘察开发利用的监管力度。要使地热资源勘察开发利用的监管力度得到进一步加强，就需要针对地热资源的特点，制订地热资源管理办法，进一步规范地热资源监督管理，健全地热资源管理体制。为此，就需要严格开采层位、开采资源量的管理，加大执法监督的检查力度，严厉查处破坏浪费地热资源的违法行为，提高资源利用水平。
3.5合理开发、综合利用。由于地热资源属于可再生资源，但是并不意味的我们可以过度的开采。这就要求我们在开发的同时要保护地热资源。对于一些已经开采枯竭的矿井要实现禁止开采，严加保护。对于正在开采的矿井要限制打井，限制开采量。而更多的是需要我国的地质专家不断的去勘察我国国土上新的地热资源领域。这就可以实现可持续开发，达到有效利用。
参考文献：
[1]詹林，崔宇.我国地热资源开发利用现状与前景分析[J].理论月刊.2010（08）.
[2]朱家玲.地热能开发与应用技术[M].北京：化学工业出版社，2006：5-6.
[3]张金华等.地热资源的开发利用及可持续发展[J].中外能源，2013（18）.
侯马市浅层地热能的开发利用浅析 篇4
1浅层地热能的开发利用状况
20世纪80年代初～90年代末, 在我国暖通空调领域掀起了一股“热泵热”。进入21世纪以来, 国家相继出台了支持可再生能源开发利用的一些方针政策, 地源热泵行业有了较快的发展。
侯马市浅层热能的利用时间相对较早, 但到目前为止一般都是建设单位的自主行为, 在开发利用上存在很大的盲目性。往往都是施工单位或空调供应商凭经验、凭想当然选择地源热泵的应用方式, 所以大部分项目都没有前期的浅层地热能条件的调查研究和论证工作, 因而缺乏方案的优越性。
2地质水文状况
2.1 地层岩性状况
侯马市范围内除南部的紫金山区出露老的变质岩系外, 其余大部分地带以第四系地层为主, 由老到新概述如下:
前震旦系 (Ar) :裸露于紫金山南侧, 以混合岩化花岗片麻岩、黑云母角闪片麻岩、斜长角闪片麻岩等为主, 区域厚3 000 m以上。
震旦系 (z) :零星出露于紫金山东侧的山坡地带, 以石英岩状砂岩夹含砾石英岩为主。
奥陶系 (o) :地表无出露, 据地热井勘探资料, 本区陷覆奥陶系灰岩, 以中奥陶灰岩为主, 岩性主要为灰岩、泥质灰岩、白云岩, 揭露厚度大于400 m, 埋深700 m～1 600 m不等。
第三系 (N) :地表无出露, 广布于第四系黄土之下。岩性以深红、紫红色粘土为主, 其中多含钙质结核, 间夹砂砾石层, 区域厚0 m～1 000 m。
第四系:该系是本区出露最广泛的地层, 又可进一步划分为上、中、下、更新统及全新统。下更新统 (Q1) , 地表无出露, 钻探证实区内广泛分布, 岩性多为粘土、亚粘土间夹砂砾石层, 厚0 m～290 m。中更新统 (Q2) , 区内广泛分布, 有出露也有埋藏, 岩性以亚粘土、亚砂土夹钙质结核或砂砾石层, 厚110 m～180 m。上更新统 (Q3) , 广布于山前倾斜平原及汾浍高阶地区, 以亚砂土、亚粘土、砂砾石层为主, 厚20 m～40 m。全新统 (Q4) , 广布于现代河谷内, 以冲洪积相的亚砂土、亚粘土、砂砾石为主, 厚0 m～30 m。
2.2 水文地质条件及地下水资源状况
1) 基岩裂隙水:
分布在紫金山等变质岩区, 因地势较高, 风化裂隙发育, 大气降水直接渗入, 形成基岩裂隙水, 具潜水特征, 径流途径短, 一般以小泉的形式排泄。泉流量大小与降水量密切相关。
2) 松散岩类孔隙水:
广布于松散岩类沉积区, 据含水量的埋深、水力特征, 进一步划分为浅层 (潜) 水、中层 (承压) 水、深层 (承压) 水。
a.浅层 (潜) 水:区内分布广泛, 汾河、浍河谷地及低阶地区含水岩组为上更新统及全新统, 高阶地区含水岩组为上更新统, 含水层具双层结构, 下部砂砾石含水, 具微承压性, 上部粘性土含裂隙水, 与下部微承压水水力联系密切, 水位一致, 底板埋深30 m～40 m, 水位埋深小于10 m, 单井涌水量500 m3/d～1 000 m3/d, 水质类型复杂, 多为HCO3·SO4-Na·Mg型、HCO3·SO4型, 矿化度较高, 一般1 000 mg/L～3 000 mg/L。
b.中层 (承压) 水:广布于盆地中, 含水层为中更新统冲洪积、河湖相砂层, 顶板埋深平原浅、山前深, 平原区一般50 m～100 m, 山前一般80 m～120 m。含水层物质来源不一, 岩性、厚度、富水性差异较大, 总体来说:河谷区好于高阶地, 洪积扇上部好于下部。山前倾斜平原区单井涌水量500 m3/d～1 000 m3/d, 高阶地区300 m3/d～1 000 m3/d, 河谷区1 000 m3/d～1 500 m3/d。受开采影响, 水位埋深变化较大, 汾河谷地30 m～50 m, 山前倾斜平原80 m～120 m, 电厂一带大于100 m。
c.深层 (承压) 水:区内分布广泛, 含水岩组为下更新统及第三系上更新统的砂砾石层, 目前开采较少。下更新统地下水赋存条件、分布规律与中更新统含水岩组基本一致, 但含水层埋藏较深, 其顶板埋深一般150 m～280 m, 底板埋深一般350 m～460 m。据侯马市海关地热勘探资料显示, 下更新统底板埋深405 m, 厚120 m, 岩性为河湖相沉积的亚砂土、亚粘土及中细砂或砂砾石层。水位埋深同中层水一致。
本区地下水的径流方向总体上由东到西, 一方面接受来自曲沃方向的侧向径流, 再加上本区的降水入渗, 构成了本区地下水的主要补给项, 除部分排泄于下游外, 主要为人工开采, 现已在电厂水源地周围形成了较大的人工开采降落漏斗。
3浅层地热能分区分析
Ⅰ区分布在紫金山等变质岩区, 因地势较高, 风化裂隙发育, 大气降水直接渗入, 形成基岩裂隙水, 具有潜水的特征, 径流途径短, 一般以小泉的形式排泄。底板埋深在30 m～40 m之间, 水位埋深小于10 m, 单井涌水量在500 m3/d～1 000 m3/d之间, 水质类型复杂, 多为HCO3·SO4-Na·Mg型、HCO3·SO4型, 矿化度较高, 一般1 000 mg/L～3 000 mg/L。地下水回灌量在55%～65%之间, 是可小规模利用地下水换热方式的地区。如要选择地下水换热方式, 抽回灌井比例宜为1∶3。
Ⅱ区分布在南部的卫家庄—史店—复兴村一带, 包括小韩、驿桥、上马、秦村, 该区以粉细砂、中粗砂为主, 50 m以下主要以粉土、粉质粘土为主, 只在50 m～70 m地层夹有卵砾石, 厚度在5 m以下, 地下水埋深较浅, 含水层厚度大于30 m, 周围土体平均导热系数在1.3～1.8之间, 是竖直地埋管换热器的适宜地区, 单孔换热功率在48 W/m～52 W/m。
该区地下水含量一般, 水质一般, 单井涌水量在320 m3/ (d·m) ～400 m3/ (d·m) 之间, 单井回灌量在55%～70%之间, 抽回灌井比例宜在1∶2～1∶3之间。
Ⅲ区是指汾河、浍河现代河谷及两侧的冲洪积高阶区, 由东北向西南缓倾斜, 地形坡度小于10°。该区第四系含水层厚度为150 m, 以粉土、粉质粘土为主, 60 m～90 m夹有卵砾石, 含水层厚度大于30 m, 周围土体平均导热系数在1.2～1.5之间, 是竖直地埋管换热器较适宜地区, 单孔换热功率在47 W/m～52 W/m。
该区地下水含量一般, 水质一般, 单井涌水量在320 m3/ (d·m) ～400 m3/ (d·m) 之间, 单井回灌量在55%～70%之间, 抽回灌井比例宜在1∶2～1∶3之间。
4环境评价
4.1 浅层地热能开发对环境的影响
地源热泵是一种先进的技术, 它高效、节能、环保、有利于可持续发展, 具有显著的环保效益。目前, 地源热泵的驱动能源是电, 电能是清洁能源。因此, 在地源热泵应用场合无污染。
本项目采用的可再生能源系统不会对环境产生有害影响。采用地埋管采暖制冷时, 北方地埋管冬季的温度最低-3 ℃左右, 夏季最高可达到34 ℃左右, 温度的波动幅度要小于室外气温的波动幅度, 并且冬季吸热、夏季排热, 维持地下温度场的相对平衡。土壤源热泵技术发展至今, 还未发现因地埋管的吸热和放热破坏地下温度场, 造成不利影响的相关报道。
4.2 防止浅层地热能利用产生不利环境影响的措施
在应用地表水源热泵时, 出于生物学的原因, 常要求地表水源热泵的排水温度不低于2 ℃。并要注意吸热量和放热量的平衡, 以免造成对水生物的影响。地下水源热泵必须有可靠的回灌措施, 保证水能100%的回灌到同一含水层中。
使用土壤源热泵技术, 要严格遵循《中华人民共和国可再生能源法》《中华人民共和国节约能源法》及相关法律法规与GB 50366-2005地源热泵系统工程技术规范及相关规范的要求。要注意同一地域资源的开采数量, 切忌过度开采。在地埋管地源热泵系统方案设计前, 应对工程场区内岩土体地质条件进行勘察。要注意地埋管工程不得不造成建筑物基础的影响, 并对地埋管工程进行热平衡分析计算, 防止出现过冷或过热的现象。
5侯马市浅层地热能研究结论与建议
5.1 侯马市浅层地热能研究结论
侯马市位于山西省南部、汾河与浍河交汇处, 地处亚温带, 有冬季供热夏季供冷的需求, 且供热与供冷天数相当, 适合有蓄热及蓄冷特点的土壤源热泵系统, 适合地源热泵系统。
结合侯马的地质性况, 建议在局部区域进行地下水源的浅层地热能利用, 在大部分区域进行地埋管项目的开发和利用。
地下水源热泵系统:可采资源量冬季为0.22×107 kW;夏季0.23×106 kW。按此开采强度, 一个采暖季 (120 d) 可以从岩土体中取出总热量:1.7×1013 kJ, 其中Ⅰ区为1.17×1012 kJ, Ⅱ区为7.92×1012 kJ, Ⅲ区为7.92×1012 kJ。按此开采强度, 一个制冷季 (60 d) 可以从岩土体中排放总热量:3.158×1013 kJ, 其中Ⅰ区为2.18×1012 kJ, Ⅱ区为1.47×1013 kJ, Ⅲ区为1.47×1013 kJ。
地埋管地源热泵系统:浅层地热能经初步估算, Ⅰ区夏季可开采资源量0.12×107 kW;冬季可开采资源量0.16×107 kJ。Ⅱ区夏季可开采资源量0.18×107 kW, 冬季可开采资源量0.23×107 kW;Ⅲ区夏季可开采资源量0.18×107 kJ;冬季可开采资源量0.23×107 kW。按此开采强度, 一个采暖季 (120 d) 可以从岩土体中取出总热量:Ⅰ区为4.15×1012 kJ;Ⅱ区为5.96×1012 kJ;Ⅲ区为5.96×1012 kJ。一个制冷季 (60 d) 可以从岩土体中排放总热量:Ⅰ区为3.1×1012 kJ, Ⅱ区为4.7×1012 kJ, Ⅲ区为4.7×1012 kJ。
5.2 侯马市浅层地热能建设
1) 建议出台相关政策, 设立专门机构负责推广应用, 初级阶段可提供免费的相关信息服务。
2) 要搞好浅层地热能开发利用的总体规划, 在适宜区内尽量合理、均衡布局。防止一哄而上, 盲目发展, 过度开发, 避免工程项目过于集中, 相互影响。要因地制宜, 采用浅层地热能换热形式。
3) 建议确定采用浅层地热能的范围。如在开发条件适宜地区, 鼓励新建或改建的较大项目采用浅层地热能等。
4) 要搞好机井设计, 严格成井工艺, 不允许用农业井的经验打空调井。要对打空调井的打井队伍加强技术培训, 实行市场准入制度, 加强管理, 保证工程质量。
5) 对已建工程要加强后期观测研究工作, 定期进行水量、水质和水温检测, 总结经验, 不断改进。
地热能开发利用 篇5
由于浅层地热能利用比传统地热资源利用发展晚，且涉及多领域、多行业，其在开发利用过程中也存 在一些问题。
1.工程前期未进行浅层地热能资源勘查评价
《地源热泵系统工程技术规范》（GB50366-2005）强制要求地源热泵系统方案设计前，应进行工程场 地现状调查，并对浅层地热能资源进行场地勘察。
然而，很多工程设计前都没有进行勘察工作，一方面在地下水地源热泵不适宜区采用了此换热方式，造 成系统建成后产生耗电量大、系统COP 低、运行不稳定、回灌困难，甚至系统报废等问题；另一方面根 据其经验布设换热孔，导致大量浪费。
2.设计参数依据不足
部分地源热泵工程由热泵提供方进行设计，一些商家在设计时，完全凭借经验，以最简单的估计模式去 设计系统，不少企业在设计时并没有做负荷分析，只是简单地选择一个经验数据。由于设计参数依据不 足，导致一些系统设计出现“大马拉小车”或者设计负荷不足的现象。
3.缺乏可靠的技术支撑
第一，地下水回灌技术不够完善，成井工艺有待提高。地下水地源热泵工程的成井口径、填砾层厚度、滤水管类型及滤料的选用对回灌量均有较大影响，大多数施工单位未掌握回灌井施工技术，特别是成井口径、填砾层厚度、滤水管类型及滤料的选用等，造成许多井不能正常回灌；第二，部分用户取水系统的设计、安装存在一些问题。部分用户设备安装不配安装密封性差，回灌困难，大部分单位每年都需洗井；
第三，部分用户水源井地层层位的确存在较大的问题，特别是选用第Ⅱ含水组地层做为采灌井利用层位 时，普遍存在水位偏浅，回灌困难的问题；
第四，部分热泵运行管理不够完善，导致回灌运行管理不规范。一些单位缺乏基本的常识，近1/3 工程 运行不回扬，多数工程运行记录不完整（多无抽水及回灌水水温、水量、水位），有些工程存在混层采灌水的问题。
4.管理体制不健全
浅层地热能开发利用行政监督管理主体不明确，监督管理所依据的法律、法规、政策、标准欠缺，造成 浅层地热能开发利用秩序混乱。主要表现在项目没有报批登记手续，不按地质条件开发，施工队伍资质、施工过程监管空白，验收标准不统一。
5.缺乏对浅层地热能资源开发利用动态监测
地热能开发利用 篇6
中国矿业联合会地热专业委员会主任、北京市地热协会会长李树祥首先宣布北京市地热协会关于北京宏福集团温都水城成为地热(温泉)开发利用单位的认定决定。李树祥表示：近年来，随着人们生活水平的不断提高和旅游休闲产业的迅速发展，科学的健康养生概念被提高到一个空前的高度，因此温泉旅游成为了旅游企业吸引游客的招牌，一些良莠不分、真假难辨的“温泉”项目充实到市场中，有的不具备开采资质或使用卫生资质，有的用假热水冒充温泉，不仅扰乱了地热资源市场正常秩序，而且严重侵害了消费者的利益。为此，北京市地热协会特别推出“地热(温泉)开发利用单位认证挂牌”工作，一方面是为了正确引导消费，让游客用上放心温泉，另一方面也是对获此荣誉的企业一种肯定和勉励。
据宏福集团温都水城董事长黄福水介绍，郑各庄地热田已拥有六眼温泉井，平均深度2500米，温泉水资源储量丰富，且富多种医疗保健价值元素，符合医用热矿水标准。面对丰富的地热资源，宏福集团立足资源优势，努力实现经济效益和社会效益的最大化。2万多社区群众足不出户洗上了温泉浴；宏福苑20万平方米的住宅采用地热供暖。即节约了大量的燃煤，又减少了环境污染；特别是投资20多亿元开发的温都水城，在传承温泉养生文化，打造温泉旅游精品方面取得了显著的成效。2000多套客房全部引入了温泉，温泉养生会馆、户外温泉区以及康熙行宫、四合院等70多个温泉泡池。汇聚了各种药浴、水中按摩、逆流冲浪、颈部冲击浴以及干蒸、桑拿等等，在建的13万平方米的“国际老年公寓”将把温泉养生和康复理疗作为特色。除此之外，温泉的开发利用，还成就了宏福集团和温都水城的品牌。宏福集团走出国门，成为利比亚新城的建设者，温都水城先后被评为国家4A级景区和北京市著名商标；修正药业、探路者、中央戏剧学院等40多家知名企事业落户郑各庄。带动7000多人就业，为郑各庄村的新农村建设注入了新的活力。
对于环保问题，黄福水董事长表示，温都水城致力于生态环保和节能减排，把用过的水经污水处理厂集中处理后，回灌到人工湖和护城河水系，转化为景观水，用于游船、养鱼、垂钓和灌溉绿地，还具有消防备用水和补充地下水的功能，实现了一水多用。中国饭店协会度假与温泉酒店专业委员会办公室主任李扬对此做法表示肯定，他说：“温都水城作为旅游休闲企业的后起之秀。注重塑造品牌形象，坚始终持诚信经营，不但在开发利用地热温泉资源、拓展温泉设施规模、传承中国温泉文化、践行节能环保理念等方面具有鲜明的特色，并且从开采、输送、过滤、消毒、保温等各个环节进行科学化、规范化操作，确保了游客能够享用到真正的、放心的、高品质的温泉，在广大消费者中具有广泛的认知度。应该说，温都水城在业内自律、维护温泉旅游市场秩序、诚信经营等方面做出了表率。
地热能开发利用 篇7
1 地热开发利用现状
1.1 以往地热资源勘查工作
龙门地热勘查工作始于1971年12月至1972年11月, 河南省煤田地质局二队 (以下简称“二队”) 按洛阳市委指示在龙门口南伊河滩上施工钻孔7个, 以寻找热水, 其中有2孔钻遇温热水;1975年, 二队在龙门矿区详查最终勘探过程中施工的04-5孔遇温热水 (水温51℃) , 后被洛阳粮库作为热水井进行开发利用;1996年, 二队先后勘查施工了粮库1303孔 (水温51℃) , 东山宾馆地热井 (水温51.5℃) ;1996—2003年, 二队在龙门镇一带进行了地热普查, 施工了煤田地质局二队地热井, 井深1 040.94 m, 井口水温43.8℃;2004年11月, 河南省地质矿产勘查开发局第一地质调查队施工完成的地热井终孔深度1 602.47 m, 井口水温52℃ (表1) 。
1.2 龙门地热井分布及开发利用
目前, 龙门自伊河滩至西山一带共施工地热井11眼, 主要分布在河南省煤田地质局二队、玉隆苑、梦桃源、凤翔山庄、洛阳粮库等地 (表2) 。洛阳粮库自20世纪70年代末即启用04-5孔开发热水用于洗浴;90年代初开发1303孔热水用来洗浴、制作矿泉水;2003年河南省煤田地质局二队地热井开发制作矿泉水。此后西山一带相继施工地热井8口。
但由于地热资源开发利用缺少整体规划, 出现无序开采, 开发利用仅限于洗浴, 没有合理利用, 地热资源浪费严重, 且开采热水引发环境问题, 无评估报告及治理措施。
2 地热田成因分析
2.1 热源及传导
受控热构造影响, 深部岩浆岩沿F1、F2断层断裂带侵入, 岩浆岩所含大量放射性同位素蜕变所产生的巨大热流即为地热田的热源, 热流的传导主要是通过深大断裂及岩石的传导为主, F1、F2断层是热水流传导的主要通道, 沿之上涌的巨大热流被寒武灰岩以上的盖层封堵, 使储热层的地下水得以加热与封存。
2.2 控热构造
形成于燕山早期的草店断层和魏湾断层为2条平行的北西向正断层, 因其具多期活动性, 断层破碎带及两侧岩石裂隙发育, 是深部热能上涌的良好通道, 是热储层热能的主要供给源之一, 也是造成龙门地热异常区的重要因素, 为区内主要控热断裂。燕山运动晚期, 构造运动达到高潮, 区内产生了伊河断层、寺沟断层等北东向断层, 其力学性质具有压扭转变为张扭的过程, 断裂带及其影响带岩石破碎, 裂隙发育构成地热流体的储集空间, 起着既导水又导热的作用, 属导热断层。龙门地热田寒武系岩溶水循环系统剖面如图1所示。
2.3 热储结构
龙门地热异常区主要处于龙门一带草店断层与魏湾断层所夹持的断块间, 根据区内玉隆苑地热井及凤翔山庄地热井资料, 主要为寒武系、石炭系、二叠系、三叠系、第三系及第四系地层。岩性主要是灰岩、砂岩、泥岩砂质泥岩及新生界的松散层。
(1) 热储层。主要是寒武系灰岩, 热导率高, 分布较稳定, 为区内主要储热层。该层受构造影响, 岩石破碎, 岩溶较为发育, 富水性强, 明显具承压性, 单井涌水量为20~96 m3/h。
(2) 盖层。在草店断层与魏湾断层所夹持的断块间寒武系灰岩上部有较厚的第四系黏土层及新近系、石炭系、二叠系、三叠系地层中的泥岩和砂质泥岩层覆盖, 由于其具有较低的导热率, 形成地热较好的盖层。
2.4 地下水补给与排泄
区内西南部接受大气降水下渗补给地下水, 当地下水向下运移到一定深度, 经深部循环加热, 向北东径流至龙门一带遇F1断层受阻, 沿断裂破碎带上涌至地表或浅部, 通过F41等导热断层或储热层 (寒武系灰岩) 向北径流, 从而形成龙门地热田, 其排泄方式以温泉自然排泄或热水井人工抽排为主。
2.5 水温与水位的动态变化
据调查, 目前龙门地热田完工有11口热水井, 井深49.00~1 152.78 m, 地热流体温度43.8~98.5℃, 具有热储埋藏浅、水温较高的特点。
(1) 水温。热水井的分布大部分在龙门口以西, 按热水温度可分为2带。其中, 第1带:中温地热资源带水 (90℃≤t<150℃) , 玉隆苑 (98.5℃) , 梦桃园95℃ (2口) , 凤翔山庄 (72℃, 有凉水混入) , 本带呈北西向分布 (共4口) 。第2带:低温地热资源中的温热水 (40℃≤t<60℃) , 粮库 (2口) 51℃, 东山宾馆 (35℃原为51℃, 有凉水混入) , 煤田二队 (43.8℃) , 银杏仙庄 (56℃) , 益寿康50℃2口, 共7口。
(2) 水位。最高水位标高在梦桃园2号井, 为+185.85 m, 最低水位标高+146.96 m, 为银杏山庄。自流井2个, 煤田二队和东山宾馆。与原成井时水位对比, 大部分水位略有升高。
2.6 地热流体水化学特征
中温地热资源水井为高矿化度水, 不能饮用, 属医疗矿泉水;低温地热资源水多为医疗矿泉水, 其中煤田二队 (已开发利用) 、粮库为饮用矿泉水。中温地热水代表了龙门地热田地热流体水化学特征。
根据收集到中温地热资源水井 (玉隆苑、凤翔山庄及东山宾馆地热井) 地热流体样品测试分析结果分析 (表3) , 龙门地热田中温地热资源地热流体具备以下特征:
(1) 地热流体水化学类型为HCO3·SO4-Na·Ca及SO4·Cl-Na, 其中H2Si O3含量51.48~156.58 mg/L, 氟含量1.48~6.68 mg/L。
(2) 地热流体Na+、K+、Cl-浓度明显高于冷水, 表明普查区深部地下水在循环过程中受上部冷水混合作用的影响较小。
(3) 地热流体Mg2+浓度低于冷水, 表明地热流体所处的热储温度稳定, 水/岩 (在热能驱动下) 交换较充分且接近平衡, 因为水/岩反应中Mg在水中的离解量与温度有直接相关, 在温度较低的冷水中Mg的离解量增加, 这同样显示地热流体受上部冷水混合作用的影响较小。
(4) 地热流体氟 (F) 和偏硅酸浓度远高于冷水均值, 因花岗岩往往含硅、氟都较高, 这是地下水偏硅酸、氟含量增高的内在因素;深大断裂带的存在是偏硅酸、氟在地下水迁移富集的重要通道;地下水径流缓慢是偏硅酸、氟在地下水迁移富集的重要动力条件, 因此, 来自深处的深层承压水偏硅酸、氟含量往往较高。
mg/L
3 结语
综上分析可知, 地热田热水的水位、水温、水质、循环深度、补给区域均不同于冷水, 与龙门泉群涌水的特征有明显不同。这些特征指示地热流体来自地层深部, 根据Si O2的地热温标, 初步估算热水的循环深度4 000~5 000 m, 由地表水进入至深层岩浆热源加热后, 上升至地表。由此可以确定, 龙门地热田热储为寒武系灰岩, 盖层有第四系黏土层, 第三系、石炭系、二叠系及三叠系地层中的泥岩和砂质泥岩层, 热源来自地下深部岩浆侵入体, 控热构造为草店断层及魏湾断层, 地热勘查类型为热储呈层状兼有条带状热储特征, 含中低温地热流体, 即Ⅱ-3型。地热流体地热流体温度43.8~98.5℃, 水化学类型为HCO3·SO4-Na·Ca及SO4·Cl-Na。
参考文献
[1]冯跃封.龙门地热田温热水成因探讨[J].焦作工学院学报:自然科学版, 2004 (6) :443-446.
地热能开发利用 篇8
本研究区范围, 以兰州城市规划区范围为界, 即西起西固宣家沟, 东至城关桑园峡, 南、北两侧至丘陵区谷肩或分水岭。地貌单元主要包括了黄河Ⅰ～Ⅳ级阶地及部分丘陵。行政区划涉及西固、安宁、七里河、城关四区。工作区总面积358.58km2。
兰州位于中国西部三大高原交汇处, 气候干燥, 区域环境较恶劣。长期以来存在的生态环境脆弱、环境污染严重等问题制约着兰州市投资环境的改善和人民生活质量的提高。因此, 科学合理地开发利用清洁环保的浅层地热能资源对于改善城区环境质量, 提高城市品位, 创造良好的投资环境有着十分重要的意义。
1 兰州市城区浅层地热能资源类型
1.1 浅层地热能概念
浅层地热能, 是指地表以下一定深度范围内 (一般为恒温带至200m埋深) , 温度低于25℃, 在当前技术经济条件下具备开发利用价值的地球内部的热能资源, 其分布广泛, 温度稳定, 与地表存在反向温差, 是很好的替代能源和清洁能源, 日益受到人们的重视, 成为地热开发利用新的增长点。地源热泵技术是目前开发利用浅层地热能资源的主要技术, 通过输入少量的高品位电能将低品位的浅层地热能向高品位能源转移, 从而实现利用浅层地热能给建筑物供暖或制冷。依据浅层地热能热交换方式的不同, 分为土壤源热泵系统、地下水源热泵系统和地表水源热泵系统。
1.2 兰州市城区浅层地热能资源类型
兰州市城区浅层地热能资源根据其蕴藏方式, 主要有土壤源 (地埋管) 、地下水源、地表水源、中水及污水等4种类型。
1) 地下水源是本区主要的浅层地热能资源之一。区内水文地质条件良好, 第四系松散岩类孔隙潜水丰富, 城区大部分地段单井涌水量在500～5000m3/d, 特别是断陷盆地潜水, 水量丰富, 单井涌水量在1000～5000m3/d。地下水水温一般在11～16℃之间, 具有较好的利用温差。地下水中蕴藏着丰富的浅层地热能资源。
2) 兰州市黄土分布广、厚度大, 约80%的地段被黄土覆盖, Ⅳ级阶地以上大部分地段黄土堆积厚度在50m以上, 据钻孔揭示, 西津村黄土厚度达409.93m。开发利用土壤源浅层地热能资源具有得天独厚的优势。
3) 黄河自西向东横贯西固、安宁、七里河、城关区, 流经城区约45km, 为兰州市区提供了主要的生产和生活用水。据资料统计, 多年月均流量502～1405m3/s, 月均水温3.01～18.7℃。开发利用地表水源浅层地热能资源具有十分优越的地理条件。
4) 区内现有污水处理厂4座, 除此以外, 城区尚有规模较大的排污工业企业, 其污水排放量相当可观。年排放污水总计为8875.5×104m3/a, 其中4家污水处理厂中水总计8590.5×104m3/a, 占污水年排放总量的96.8%;工业企业年排放污水合计285×104m3/a, 占3.2%。污水温度一般在10～25℃之间, 具有很好的温差优势。开发利用城市污水, 将成为浅层地热能资源开发利用新的亮点。
2 浅层地热能开发利用现状
通过对兰州市城区 (包括城关、七里河、安宁、西固区) 已建地源热泵系统项目运行情况进行实地调查, 采用调查问卷形式, 调查内容主要有地源热泵项目基本情况、冷热源、机组及末端、经济效益、存在的问题等5个方面。调查截至时间为2008年12月底。
根据调查统计, 兰州市城区已建地源热泵系统项目15个, 见表1, 总建筑面积约43.1万m2, 约占兰州市总供暖建筑面积0.7%。其中, 运行正常的有11个, 面积约37.7万m2, 占兰州市城区地源热泵供热面积的87%;已停止运行的有3个, 面积约为4.3万m2, 占地源热泵供热面积的10%;已建成待运行的1个, 面积为1.1万m2, 占地源热泵供热面积的3%。如图1所示。
分布区域如图2所示, 在已安装的15个地源热泵系统项目中, 有12个分布于城关区, 占总量的80%;3个分布于七里河区, 占20%;安宁区和西固区则无。
从安装类型方面统计, 已建地下水地源热泵系统项目13个, 其中3个已不能正常运行, 1个待运行;已建土壤源地源热泵系统项目2个, 运行效果良好。以上系统均是采用一机两用, 即夏季制冷, 冬季供暖。人们愿意接受地下水换热系统的原因主要是相对于土壤源换热系统而言, 其工程技术较成熟、费用较低廉。
从地源热泵系统的用途来看, 如图3所示, 主要集中在商务办公、住宅方面, 其他还有展厅、医院、学校、法院等多种建筑, 具有用途的多样性。其中, 商务办公建筑面积占总面积的50%, 其次是住宅, 占22%, 医院、法院各占9%, 商务展厅占6% (已停用) , 学校3% (已停用) , 其他占1%。
据调查, 兰州市城区拟建地源热泵系统项目约4个, 分别是甘肃会展中心建筑群、五洲豪爵商务会所、联合国太阳能综合楼、环保大厦, 总面积达21万m2以上。其中最大为甘肃会展中心建筑群, 该建筑群正在建设当中, 总面积约17万m2, 目前供暖制冷的方案是采用地下水和黄河地表水相结合作为冷热源, 并配备调峰锅炉。其他均采用地下水地源热泵系统。可以看出, 地源热泵系统以其环保、可靠、经济的特点, 越来越被更多的有识企业和商家接受, 发展势头较为强劲。而且, 从冷热源方面正在积极探索利用黄河水等地表水源, 将对今后兰州市地源热泵的发展产生良好的示范作用, 前景较为乐观。
兰州市现有地源热泵系统安装公司约8家, 客户对象均以兰州为主, 辐射全省以及青海西宁、宁夏银川等周边地区。
3 存在的主要问题及原因分析
3.1 成功率低
在15个项目中, 按建筑面积计算, 成功率为87%, 3个项目被迫停止运行, 占10%。其中兰州市女子职业中学和良志汽车展厅停用的直接原因是地下水量严重不足, 不能满足系统需水要求;而摩托车会展中心是因南河道改造水井被填而被迫停用。较低的成功率, 极大地打击了开发商 (或业主) 的积极性, 主观上严重阻碍了兰州市城区浅层地热能开发利用进程。
3.2 换热系统类型较单一
已安装的15个项目中, 绝大多数采用地下水换热系统, 只有2个采用土壤源换热系统, 而且利用面积近9000m2, 约占总安装面积的1%, 地表水换热系统则无。
3.3 发展缓慢
浅层地热能在西方国家尤其是北欧瑞典、瑞士等一些国家早在上世纪80年代已经得到广泛应用, 在我国则是近几年才随着经济、能源、环境之间的矛盾逐步被人们认识和接受。从1999年 (良志集团汽车展厅地源热泵系统项目) 开始, 兰州市城区已经开始了地源热泵系统工程的安装, 应该说, 起步尚不算晚, 但发展缓慢, 每年的安装项目数量不超过2个, 如图4所示, 与我国北方的大中型城市相比有较大的差距。
3.4 市场较不规范
开发商 (或业主) 对地源热泵技术的理解不深, 往往盲从安装方的设计;安装前普遍对场地地质、水文地质条件的勘查程度不够, 导致换热系统的设计出现缺陷, 使得系统运行水量、机组等环节不能和谐配套, 结果是一方面运行费用提高, 经济性未能体现, 另一方面水量不足完全不能满足需要, 从而被迫停用。行业监管工作尚不完善, 尤其对从业人员资格方面尚未设置“门槛”。这一点也是全国存在的问题, 沈阳市暂以参加并取得中国地调局培训班结业证为从业资格。
3.5 普遍忽略了对地质环境的影响
设计、运行中缺乏对地质环境影响的认识和评价, 如地温场变化规律, 地下水水位、水质、水温动态监测等。
3.6 回灌能力普遍差
调查统计结果显示, 约1/3的地源热泵系统回灌能力差或无回灌。长期运行, 可能导致地下水位下降, 出水量不足, 破坏地下水动态平衡, 易产生次生地质环境问题等。初步分析认为, 产生回灌能力差的原因主要有以下几点:一是地源热泵系统项目前期勘察不够, 回灌试验环节缺失, 导致设计的回灌井数量偏少, 不能完全满足系统回灌要求;二是认识不足, 不回灌或少回灌的主观意识依然存在, 当然这与本市的监管能力薄弱不无关系。三是地质条件因素导致回灌能力差。
通过调查, 了解到产生上述问题的原因主要有3个, 而且往往互相关联和影响。
一是经济上初投资较大。一般地下水地源热泵系统初装投资为150元/m2左右, 相比较传统集中供热方式而言, 无疑是一笔较大的投入, 经济负担较重。特别对于一些中小企业, 在政府无补贴的情况下, 很难做出这一笔投资的决策。
二是意识上对传统集中管网供热的依赖程度较大。由于成功率较低和对技术的疑虑等方面的原因, 开发商普遍采用保守的态度, 而选择采用集中供暖的方式。
三是管理上行业监管不够, 技术把关不严。地源热泵在兰州市发展以来, 基本属于探索性的开发, 开发商和安装方的随意性较大。而行业方面, 对于这一新型产业的管理归属不清, 审查不够严格。特别水量满足性计算, 回灌、换热试验, 以及地质环境影响预测等方面还有待完善。
从地源热泵系统组成的专业技术角度来看, 末端系统的设计和施工属于暖通空调专业;机房系统主要由主机、电气自控系统和水流控制系统组成, 核心是热泵机组技术;地源部分的设计施工属于地质、水文地质专业。所以地源热泵系统实际上是暖通空调技术、热泵技术和地质勘察技术等多学科相互配合有机结合的综合新型、环保、节能技术, 缺一不可。
目前, 暖通空调技术和热泵机组技术已经得到了长时间和广泛的应用, 基本不受地域限制, 技术业已成熟。但由于各区域、场地的水文地质条件的复杂多变, 岩土体的导热性和水文地质参数差异较大, 在设计上就要选择适宜的换热系统和布置方案。另外, 从发展的长期性考虑, 必须重视地源热泵系统运行对地质环境的影响, 工程设计尽可能地避免产生相关次生地质灾害, 如地下水水质交叉污染、地下水位下降、地温场的改变等。因此科学合理的地质勘察和设计, 是浅层地热能开发利用工程能否成功运行的关键因素。
4 浅层地热能开发利用效益评价
浅层地热能的效益评价主要包括经济效益、环境效益以及社会效益等多方面。在对已建成运行项目经济效益定量计算的基础上, 主要针对2007～2008年度采暖季各系统运行的电量、费用等参数, 运用定量分析与定性分析相结合的方法, 对兰州市城区已建成并成功运行的地源热泵工程进行综合经济效益评价。
在全部调查的15个地源热泵系统工程中, 3个已停止运行, 2个始运行, 1个待运行, 另有3个由于军队管理或主管部门等原因, 其经济效益调查资料不完整或数据较保守等。所以, 参与经济效益评价研究的项目只有6个, 见表2, 其中土壤源地源热泵项目1个, 地下水地源热泵5个。因土壤源地源热泵项目较少, 所以将土壤源和地下水地源热泵作为整体进行研究。
参照省地矿局第二地勘查院地下水地源热泵系统项目运行费用, 如图5所示, 在分析评价时将兰州市采暖期设定为150d, 而制冷期大致为50d。
表2中:热泵单平米每月费用=总发生费用÷ (总面积×热泵供暖月数) ;
节省费用=单平米供暖价格差价×总面积。
式中, 热泵集中供暖时间按5个月计, 传统集中供暖单平米价格按4.2元计。
由表2可见, 采用地源热泵系统供暖, 单平米运行。
费用从1.26～3.36元/m2不等, 但都远低于集中供暖收费标准 (2008年, 住宅4.2元/m2) , 两者相比每年均有不同程度的节省费用。单平米运行价格相差较大的原因有三点, 一是地源热泵系统本身由于设计原因耗电偏高;二是电价差异较大, 最低谷价只有0.21元, 最高价则达到1.14元;三是因涉及到商业经营秘密, 部分工程在运行费用方面所报数据偏高。
每个采暖季 (按) 单平米耗电量在12.3～27.6kW·h, 平均值为17.7kW·h, 常见值为15kW·h左右。以国家统计局每度电折0.404kg标准煤 (火电) , 作为电力折算标准煤系数, 则地源热泵采暖季能耗为4.97～11.16 (kg标准煤/m2季) , 平均值为7.14 (kg标准煤/m2季) , 常见值为6 (kg标准煤/m2·季) 。
若同一标准煤对比, 取以上参数平均值, 地源热泵冬季供暖面积为38.8万m2, 可以粗略计算目前兰州市供暖季由地源热泵系统供暖负担的热量 (电力) 相当于2770t标准煤。设定集中锅炉房供暖能耗约19.8 (kg标准煤/m2·季) , 可以计算出总能耗为7680t标准煤。两者对比, 地源热泵供暖较集中供暖可以节省约64%能源, 总体上结余量为4910t标准煤, 节能效果较为显著。
按照经验值, 燃烧1t标准煤将排放碳粉尘8kg、二氧化碳 (CO2) 2386kg、二氧化硫 (SO2) 17kg以及氮氧化合物 (NOx) 7.4kg。按此计算, 目前采用地源热泵系统结余的4910t标准煤, 总体上将减少排放碳粉尘约40t、CO2约1.2万t、SO2约83t以及氮氧化合物约36t;而单就兰州市城区而言, 净减少排放的污染量分别为:碳粉尘约61t、CO2约2万t、SO2约130t以及氮氧化合物约57t。可见从减排方面, 采用地源热泵供暖将发挥巨大的作用。
夏季制冷耗能及费用情况, 以二勘院为代表进行分析。兰州市制冷期主要集中在7～8月份 (见图5) , 办公楼面积为6568m2, 平均每平米为1.6kW·h, 总耗电量为1.05万kW·h, 折合标准煤为4.2t。
若采用中央空调制冷, 保守设定每天工作时长为6h, 制冷天数为50d, 面积利用率系数为0.5, 并按照国家暖通规范, 以办公室每平米中央空调功率为120W计算。则制冷季每平米耗电量为36kW·h, 共需耗电11.8万kW·h。两种方法制冷相比较, 采用地源热泵进行夏季制冷, 较中央空调制冷少耗电10.75万kW·h, 节约能源91%。
西部大开发以来, 由于国民经济的快速发展, 兰州市日益成为中国西部区域性中心城市。但是, 城市大气环境污染始终是困扰着经济快速发展和人民生活水平提高的敏感问题。有资料表明, 兰州市空气环境质量主要以II级 (良) 和III级 (轻度污染) 为主, 全年采暖期与非采暖期空气质量仍有明显差异。其中, 在非采暖期, 空气质量主要为II级, 占74.77%;采暖期, 空气质量仍以III级为主, 占61.84%, 冬季空气质量较差。根据兰州市环境监测站数据资料, 2004年兰州市二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物三项大气污染物中, 除二氧化氮外, 其他两项均超过国家二级标准, 其中可吸入颗粒物严重超标, 达到69%;二氧化硫超标18%, 城区大气污染程度依然严重。较之非典型的采暖期, 冬季供热期间, 三项污染物污染程度几乎增加一倍, 呈现煤烟型污染特性。因此, 科学合理并有规划地发展地源热泵项目对兰州市实现节能减排, 改善生态环境等具有重要意义, 将产生明显的经济效益、环境效益和社会效益。
5 结语
浅层地热能是地热资源的一部分。地下水源浅层地热能资源的开发利用是一项新兴产业, 其经济、节能、环保的战略意义已被社会所共识。因此, 科学合理地发展地源热泵项目对兰州市落实节能减排政策, 改善生态环境等具有重要意义, 将产生明显的经济效益、环境效益和社会效益。
参考文献
[1]甘肃省地矿局第二地质矿产勘查院.兰州市城区浅层地热能资源调查评价报告[G].2010.
[2]甘肃省地质环境监测总站.兰州市区域水文地质调查报告[G].1997.
[3]甘肃省地质环境监测院.兰州市城市地质报告[G].2007.
天津地热资源勘查及开发利用 篇9
天津市地处渤海湾, 为中国北方经济中心。而天津市是一个资源匮乏的城市, 随着滨海新区的开发开放, 资源匮乏在一定程度上制约着天津市经济的发展。地热资源作为一种可再生能源, 其开发利用可缓解天津市的能源紧张状况[1]。
在华北断陷盆地, 地下蕴藏着丰富的地热资源。天津地区的地热资源主要分布于宁河-宝坻断裂以南, 区内Ⅲ级构造单元包括一隆两坳, 即沧县隆起、冀中坳陷和黄骅坳陷[2], 见图1所示。通过普查, 在宁河-宝坻断裂以南, 天津地热资源分布面积达8700km2, 占全市总面积的77%。按盖层平均地温梯度大于3.5℃/100m划分, 共圈定了十个地热异常区, 10个地热异常区总控制面积2328 km2, 中低温地热资源是十分可观的[3], 见图2所示。
天津市地热资源按其赋存层位和特征划分为孔隙型热储和基岩岩溶裂隙型热储, 二者顶板埋深多在400~1000m和1000~1500m以下[1]。目前, 已勘查宁河-宝坻断裂以南、4000m以内, 热资源总量1497.266×1014千卡, 可开采量290.123×1014千卡, 相当于41.45亿吨标准煤, 29亿吨原油, 337409.891亿度电能。地热流体总储量8446.17亿m3, 可采储量85.41亿m3。
(二) 天津地热资源利用情况
二十世纪七十年代, 在著名地质学家李四光教授的倡导下, 天津开始了大规模开发利用地热资源, 至今已形成了研究程度最高、开发利用规模最大的“地热城”[1]。随着浅层地热能的推广应用, 目前, 天津地热开发利用已形成中低温地热能利用和浅层地温能利用相辅相成的综合立体开发利用格局。
1. 中低温地热能利用情况
天津地热资源广泛地应用于社会的诸多领域, 至2007年底, 全市共有地热井320余眼, 年总开采量2583.8万m3。地热资源用于建筑供暖 (占63%) 、居民生活热水 (占20%) 、温泉度假 (占7%) 、农业种植养殖 (占6%) 等领域[4], 如图3。
(1) 供暖:目前, 天津市有106家单位利用地热进行供暖, 供暖81.6万户, 面积1200万m2, 位列全国第一, 为天津碧水蓝天工程作出重大贡献, 节约原煤及减少污染气体排放情况如表1所示。图4为历年供暖面积和开采量情况。
(2) 生活用水:地热温泉惠及千家万户。目前天津市供居民生活热水9.5万户, 提高了百姓生活质量。由于明化镇组热储层地热水温度在42~72oC之间, 平均温度52.13oC, 加之水质良好。因此, 居民洗浴多利用明化镇组地热水。
(3) 其它方面: (1) 天津市有7个单位利用地热水进行水产养殖, 养殖面积达246.16亩, 品种有左口鱼、石斑鱼、罗非鱼、甲鱼、河蟹、白鲳、对虾等。 (2) 天津市主要有3个较大型农业基地单位利用地热水进行农业种植, 种植面积508.9亩, 品种有蔬菜、花卉、水果等。 (3) 天津市现有18个单位利用地热水开发康乐项目, 每年约有85万人享受温泉洗浴。 (4) 天津市有16个单位将地热水用于工业生产, 如洗涤、印染、空调等。
2. 浅层地温能利用情况
浅层地温能利用目前主要有三种方式, 地表水源热泵、地下水源热泵和土壤源热泵。据不完全统计, 天津地源热泵工程已达上百个, 供热面积达100万m2。我院设计的天津市古文化街地热热泵工程, 取得了很好效果, 其工艺流程如图5所示。
(三) 天津地热资源可持续开发
随着天津地区地热资源的不断超采, 热储层地下水位降至-40~-90m, 年降幅达6~9 m, 已形成了一个较大的降落漏斗。为了缓解热储水位的快速下降, 有必要加大对地热资源的回灌。进行地热尾水回灌将有利于保持热储压力, 补充地热存储量, 而且可以防止地热尾水排放污染环境, 如图6所示。
通过多年回灌试验研究, 基岩裂隙型热储回灌问题已基本解决, 基本上实现了对井的地热利用尾水全部回灌, 但砂岩热储回灌问题依然存在, 主要体现在回灌量偏低, 回灌持续时间短[5]。因此, 天津地区的地热回灌井主要为基岩裂隙型热储的回灌井, 截至2007年, 天津市各热储地热回灌井数量分布如图7所示。
地热回灌规模仍然偏小, 但整体上地热回灌率呈增长趋势, 如表2和图8所示。为了实现地热资源的可持续利用, 针对基岩裂隙型热储和孔隙型热储的特征及实际情况, 提出提高热储回灌量的建议如下:
1. 基岩裂隙型热储回灌:
(1) 资源整合和补建回灌井的实施; (2) 实施集中回灌, 增加总体回灌量; (3) 加大回灌监测工作, 进行压力场、温度场和水化学场变化预测。
2. 孔隙型热储回灌:
(1) 地质条件的研究 (物性、岩性) ; (2) 地面回灌系统及施工技术的研究, 保证系统密封性; (3) 成井工艺以及优化布井等优化技术创新, 寻找到热储回灌衰减的原因。
(四) 地热开发存在的问题及工作展望
1. 地热开发存在的问题:
(1) 部分区域水位下降速率过大、地热流体枯竭速率过快, 引发一定的环境地质问题。 (2) 地热回灌规模仍然偏小, 特别是孔隙型热储回灌量更小, 存在回灌堵塞的问题。 (3) 利用方式不够合理, 地热利用率偏低, 排放温度过高, 能源浪费现象严重。 (4) 部分地区地热资源勘查滞后于开发, 随着开采强度的提高, 以往勘查成果已不能满足现在的利用需求。a) 各个地热田地热资源储量计算中有重复。b) 各个地热田地热资源储量的评价方法不一致。c) 勘查研究方法有待于进一步提高。
2. 下一步工作重点:
(1) 地热空白区、地压型地热田以及深部地热勘查 (勘查方法:综合物探方法及化探、钻探等) , 各热储层勘查研究细化。 (2) 地热开发环境保护以及地热可持续开发研究 (热储回灌、环境地质问题研究、尾水处理等生态环境影响研究) , 其中地热回灌是实现可持续开发的关键。 (3) 浅层地温能的进一步推广应用。 (4) 加强地热勘查、利用研究工作中的技术创新, 积极引进和开发应用新方法、新技术、新工艺。
参考文献
[1]林黎, 等.天津地热资源可持续开发利用对策[J].北京:中国国土资源经济, 2005, (12) :7-10.
[2]陈墨香.华北地热[R].北京:科学出版社, 1998:89-106.
[3]胡燕, 等.天津市地热资源可持续开发潜力评价[Z].天津:天津地热勘查开发设计院, 2007.
[4]曾梅香, 等.2007年度天津地下热水动态监测年报[Z].天津:天津地热勘查开发设计院, 2008.
城市低温热能资源的开发和利用 篇10
1 城市可利用的三种低温热能资源分析
1)城市原生污水特点:温度偏低、管网分布广、处理难度大、可取热能少。原生污水的温度偏低,尤其是北方城市,冬季需要采暖的时候,它的温度最低。像黑龙江省在最冷的时候,可能原生污水温度只有5℃～6℃,温度太低影响运行效率,使用起来难度比较大,而且可用的热能比较少。典型工程见图1。
2)油田回注水特点:油田城市特有的低温热能资源;水质较好;可用温差较大。油田回收水的成因是油田生产的时候,从油井里抽出来的油水混合一体,有一部分是油有一部分是水,需要通过加热以后分离,分离以后这个水还是要注入到地下。油田生产的年限越长,油田的含水量逐年升高。以大庆油田为例,大庆油田每年的产水量达5×104t以上,冬季油田回收水的温度是37℃,夏季是42℃。由于油田回收水对地下温度没有要求,可利用的温差比较大。水质接近中性。典型工程见图2。
3)冷却循环水特点:工业冷却循环水是所有高耗能企业都有的一种低温热源水。冷却循环水是工艺生产过程当中必须产生的一种低温热源。它的特点一是总量大。我国现有的能源消耗结构,高耗能企业消耗了70%的能源,在企业里面通过冷却循环水排放的能量占企业消耗的50%。二是温度比较高,一般都是20℃～40℃之间,有的甚至更高。这个温度在生产和生活中都不能直接利用,只有通过热泵技术才能得以利用。对于热泵来说,这种低温热源应该说是最好的低温热源,如果超过40℃,就可以不用热泵直接供暖了,所以它是热泵系统质量最优的低温热源。三是冷却循环水废能对于企业来说是个巨大包袱,除建设投资外,在排放过程当中,还需要有大量的消耗,其中最大的一部分是水的消耗。排放的方式大概有两种,一种是闭式系统,水损较大,为冷却循环水量的2%～5%。另一种是开式系统,对周围水域环境造成严重热污染。2007年太湖藻类的爆发,热污染是其中的一个原因。但如果能把冷却循环水进行利用,就降低了其消耗的代价。
2 城市低温热能资源的开发利用方式
城市低温热能资源的开发利用需借助热泵装置。
1)按照低温水是否与制冷剂直接换热分为:直接利用式和间接利用式。
2)按照热泵机房的布置位置分为:集中式和分散式。2006年11月末,我们公司成功实施了利用大庆炼化公司的冷却循环水作为低温热源的集中供热工程(见图3)。
3 关于城市低温热能资源开发利用的经济性及风险
1)节约了大量的化石能源;2)节约了大量水资源;3)减少了大量污染物的排放;4)确保不会对企业生产造成任何影响;5)初投资高于燃煤锅炉房,运行费用也高于燃煤锅炉房;6)管网通常会较长,施工难度加大,成本提高;7)末端用户采暖形式影响设备、运行费用。
4 结语
城市低温热能资源的开发利用从技术上看是可行的,如果产业政策予以倾斜和支持,经济效益也将显著提高。但新技术在产业化过程中,仍有许多困难需要面对,但其前景是光明的。
利用二氧化碳抽取地热能 篇11
支持者非常赞同这个尚待验证的概念，所需的资金来自美国能源部的经济刺激资金中3.38亿美元用于地热能研究的资金。其中的1600万美元将用于由劳伦斯伯克力国家实验室(LawrenceBerkeley National Laboratory)和其他国家实验室、总部设在加州的组合化学公司Sunnyvale以及几所美国大学所负责的9个与二氧化碳相关的项目。
这一方法的原理是：使二氧化碳在炎热的地区地下几公里处循环，能有效地将热量带到地面，用于发电。据Symyx的项目负责人、材料科学家米罗斯拉夫·佩特罗(MiroslavPeSo)表示，这一过程可能将大量二氧化碳封存在地下，与大气隔绝，“在封存二氧化碳的同时也利用它产生了电力。”
这个概念第一次被提出，是为了改善将水泵到很深的地下打开灼热岩石的系统，用第二个井把热水运上来，然后再把水循环到地下。这个技术已经过时了，因为很难在有地热的地方将岩石打碎并保持水的流动性。欧盟位于法国阿尔萨斯的Soultz-sous-F6rets项目是全世界最先进的此类项目，用了20年的时间只达到了1.5兆瓦的发电量(大概足够1500户家庭使用)。这个项目遭到了周围社区的反对'因为打碎岩石引起了轻微地震。
2000年，洛斯阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Laboratory)的物理学家唐纳德·布朗(Donald Brown)提出用超临界的二氧化碳替代水，在加压的情况下一半是气体，一半是液体。与水相比，超临界的二氧化碳黏性更小，因此更易在岩石间流动。布朗指出虹吸效应有助于二氧化碳循环，因为泵入地下的超临界二氧化碳和上升的热气体的密度不同，太幅降低了泵流体的能量损失。布朗还认为，二氧化碳项目能把一个500兆瓦的火电厂70年的二氧化碳排放量封存在地下，而不再消耗宝贵的淡水资源。
6年后，劳伦斯伯克利的水文地质工作者卡斯滕·普里斯(Karsten pruess)第一次演示了该技术的模型细节。普里斯预测Soultz-sous-F6rets这样的项目使用二氧化碳比使用水多产生约50％的热量。大多数美国能源部资助的项目都想要验证普里斯的这一乐观估计。
佩特罗表示，最重要的问题是超临界的二氧化碳将怎样与岩石和矿物质反应。超临界二氧化碳与水也有特定的复杂关系。从它自身来说，超临界二氧化碳不会溶解岩石中的矿物质，这是使用水的方法时面临的最大问题。但是，佩特罗表示，在超临界二氧化碳中加入一点水就会形成溶解力超强的“酸性苏打水”。
同时，至少有一名开发人员在为以二氧化碳为基础的地热项目现场试验寻求资金。2009年9月，总部设在盐湖城的地热开发商GreenFireEnergy与小型石油开发商EnhancedOilResources合资在亚利桑那一新墨西哥卅I界处建造了一个2兆瓦的以二氧化碳为基础的试验工厂。这两家公司提议在2010年把钻井商业化，以到达天然二氧化碳层下的灼热岩石。他们预计这个地方有足够的热量产生800兆瓦的电力，并且在此过程中，能吸收当地6家大型火电厂所排放的大部分二氧化碳。
明尼苏达大学的地热流体研究小组是得到能源部津贴的团队之一，他们没有在地热能源计划中使用二氧化碳，而是提出在目前的计划中加入地热能抽取过程用于碳捕捉和储存。明尼苏达大学的地球物理学家马丁萨尔(Matin Saar)领导了地热流体的团队，他表示这个计划除了将超临界二氧化碳泵入很深的盐水含水层封存，或者将其泵入石油和天然气的生成带加速生产之外，还能有额外的价值。他表示，二氧化碳可以从周围的岩石中获得热量，那为什么不可以循环部分二氧化碳来产生电力呢?这就排除了必须打碎岩石的过程，而且此举还可以利用现有的设备和钻井，减小了地热厂的成本。
萨尔正在研究超临界二氧化碳是怎样与岩石、矿物质和水反应的。后者对明尼苏达大学的计划来说尤为重要，因为泵入盐水含水层的二氧化碳将与水混合。但是，萨尔表示这个问题可能没有看起来那么严重，因为大量的二氧化碳注入盐水带水层会形成一个单独的层面：“实际上超临界二氧化碳的密度比盐水低，因此在盐水层它会上升，并在盖岩下聚集。”
互助县地热资源开发利用与保护 篇12
互助县的许多产业在威远镇蓬勃兴起, 如房地产业、体育健身中心医疗康乐及休闲度假等, 这些产业的发展均表现出对地热资源的强烈需求。地热已被广泛用于冬季采暖、高效农业、水产养殖、疗养、洗浴等。
1 环境问题
分析互助县地区地下热水水化学特征, 表明本区地下热水在长期利用时, 会在容器内产生沉淀甚至堵塞容器;地下热水中含有较高的低价铁和锰, 利用时会在空气中氧的作用下, 使水变成铁锈色, 并使陶瓷等容器附着铁锈色, 影响设备的感观;地下热水含有多种腐蚀性化学组分, 往往对设备、管道造成腐蚀破坏, 影响设备的使用寿命;地下热水中TDS较高, 利用时温度降低, 会使溶解其中的某些固体物质超过饱和度而在利用系统中产生结垢, 造成设备及输水管道的堵塞。为此, 互助县地下热水井在开发利用中应重点集中于管道除垢和防腐蚀两个方面。
1.1 结垢问题
结垢问题是影响地热利用系统正常运行的重要问题之一。地下热水运移至地面管道时, 随着温度和压力的降低, 热水中溶解度低的化学物质达到饱和, 从而析出附着到管壁, 久而久之形成的垢层厚度越来越大, 直接影响管道输送热水且增大能耗, 严重的更会造成管道堵塞, 从而影响地下热水的利用。此外, 垢层不完整处还会造成垢下腐蚀, 严重时影响管道的使用寿命。因此, 在地热资源利用时必须解决除垢问题, 否则将影响效率, 给正常利用带来许多麻烦。
常用的除垢方法有机械 (物理) 除垢和化学除垢。机械除垢的优点是工作和操作相对简易且成本低廉。缺点是除垢不彻底, 需定期进行。化学除垢的优点是除垢彻底, 缺点是操作成本较高。建议利用时采用优化设计的方案, 尽量降低除垢成本, 简化操作。
1.2 腐蚀问题
本地区的地下热水中多含有H2S气体, H2S气体溶解于热水中形成二元弱酸氢硫酸, 而氢硫酸能与许多金属离子作用生成不溶于水或酸的硫化物沉淀。地下热水中杂质较多, 腐蚀机理复杂。在使用过程中, 地下热水中的杂质可以腐蚀采热、输热的金属管道, 使管道和设备受损, 影响系统的正常运行。
针对地热供热系统防腐问题, 现提出一下几个解决方法:
1) 整个系统采用耐腐蚀材料。泵轴、管道、水箱、散热器等与地下热水接触的设备均涂防腐涂料 (如环氧树脂) 加以保护。
2) 采用系统密封隔氧措施。采用封闭式供暖系统, 在地下热水的整个循环过程中采用密闭措施, 防止与氧气接触。采暖结束后, 尽快用清水在供热设备中多次循环, 以达到洗涤设备的作用。洗涤后充水保护, 以免空气渗入系统, 发生氧化作用, 导致供热设施发生麻坑腐蚀等。
3) 在供热井井口出水处安装加药设备, 添加防腐剂, 让热水中的杂质发生化学反应而沉淀, 使热水在源头就得到充分的净化。
4) 采用间接连接系统。这种方法的原理是地下热水只是通过换热器将热量传给供暖循环水, 地下热水不直接进入系统, 从而减轻设备的腐蚀。这种方法在地热工程中使用较多, 技术也比较成熟, 防腐效果显著。缺点是换热器投资大, 在发生热量传递的过程中降低了地下热水的利用初始温度 (一般3~5℃) 。
5) 加强井口及其附近设备的防腐蚀问题。该区域的设备是腐蚀比较严重的地方, 防腐的措施主要是减少空口管与空气的接触面。具体方法有在接近地表处加装多层套管并且在套管环状空间中以水泥填充。
6) 合理选择热水的排放地点。热水的排放必须选在远离生活区且周围没有生产设施的下风处。
2 环境保护措施
地热是一种较少污染的资源。地下热水中的某些有害元素也会造成不同程度的环境污染。因此, 在开发过程中应执行“在开发中保护, 在保护中开发”的原则, 做好开发过程中的环境保护。
1) 加强综合利用, 减少地热尾水外排。在开采过程中, 应防止地热尾水外排对当地水环境产生影响, 地热开采过程中应强地热尾水的综合利用, 以免对地下水环境产生影响。
2) 严格管理, 对设备及管道加强维护。加强生产管理, 防止生产过程中跑、冒、滴、漏, 导致地热尾水四处蔓延。对地热尾水处理应加强监管及相应的维护措施, 严防事故性地热尾水外排, 并做好热水析出物的处理工作。
3) 开发单位应对管网、蓄水池及污水处理设施进行必要的防渗处理, 定期对地热井周围地下水进行监控。
4) 加强水资源的管理, 限制地下热水的不合理开发利用, 减少用水量, 节约水资源。
3 建议
建议在对高矿化地热水进行应用时, 尽量应用新技术、新方法和各种新型环境治理技术及处理措施, 提高地热资源的利用率, 将地下热水开发利用中可能产生的环境危害降低到最小程度。并倡导开源节流、综合利用、集中供热、资源有偿共享服务以获取最大的综合效益为目的的管理、经营模式。在地热资源开发过程中尽量采用梯级开发和循环利用。
参考文献
[1]王泽龙.北京市小汤山地区地温场特征及地下热水水成因模式分析[D].北京:中国地质大学, 2007.