淺層地?zé)崮芘c干熱巖資源潛力及其開發(fā)前景對(duì)比分析

■張領(lǐng)

（河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第六地質(zhì)大隊(duì) 河南 鄭州450046）

淺層地?zé)崮芘c干熱巖資源潛力及其開發(fā)前景對(duì)比分析

■張領(lǐng)

（河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第六地質(zhì)大隊(duì) 河南 鄭州450046）

作為地?zé)崮苤凶罹邼摿Φ闹匾M成部分，地?zé)崮芘c干熱源資源實(shí)際作用的充分發(fā)揮，有利于滿足國(guó)家對(duì)于可再生能源的需求，增強(qiáng)我國(guó)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)效果。在可靠的開發(fā)技術(shù)支持下，可以加大地?zé)崮芗案蔁釒r的開采量，優(yōu)化地?zé)崮芟到y(tǒng)的服務(wù)功能，擴(kuò)大可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)際影響范圍。加強(qiáng)對(duì)地?zé)崮芘c干熱巖資源潛力的深入分析，有利于加快現(xiàn)代化城市的發(fā)展速度，為人們正常的生產(chǎn)生活帶來更多的便利?；诖耍疚膶牟煌姆矫鎸?duì)淺層地?zé)崮芘c干熱巖資源潛力及其開發(fā)前景進(jìn)行必要地對(duì)比分析。

淺層地?zé)崮芨蔁釒r資源開發(fā)前景可持續(xù)發(fā)展

相對(duì)而言，我國(guó)的地?zé)崮苜Y源開發(fā)利用時(shí)間長(zhǎng)，逐漸形成了較為完善的理論體系及可靠的開發(fā)技術(shù)。在此形勢(shì)影響下，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)的具體需求，加大地?zé)崮芘c干熱巖資源的有效使用，有利于改變我國(guó)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，減少非可再生資源的利用量?，F(xiàn)階段各種科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，利用換熱工質(zhì)循環(huán)回路進(jìn)行持續(xù)熱提取技術(shù)的有效使用，為淺層地?zé)崮芘c干熱巖資源開發(fā)效率的提高帶來了重要的保障作用，最大限度地滿足了實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)開展中的能源多樣化需求。

1 淺層地?zé)崮芘c干熱巖資源潛力對(duì)比分析

地球表層的某一深度區(qū)域的熱量循環(huán)過程中形成的清潔性能源，即為淺層地溫能。這種能源的有效使用，需要借助于可靠的開發(fā)技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)開采區(qū)域地質(zhì)條件的深入分析。結(jié)合我國(guó)地質(zhì)調(diào)查局對(duì)于全國(guó)大部分城市的淺層地?zé)崮艿恼{(diào)查分析，可知：中國(guó)所有省會(huì)級(jí)以上城市每年地源熱泵系統(tǒng)夏季（按5個(gè)月計(jì)算）換熱量約為3萬億kW·h，折合標(biāo)準(zhǔn)煤約3.83億t，可制冷面積為101億m2；每年地源熱泵系統(tǒng)冬季（按4個(gè)月計(jì)算）換熱量為1.5萬億kW·h，折合標(biāo)準(zhǔn)煤約1.83億t，可供暖面積為119億m2。每年可節(jié)能2.3萬億kW·h，折合標(biāo)準(zhǔn)煤2.83億t，可減少二氧化碳排放9.78億t。

干熱巖資源作為一種重要的清潔性資源，最先是由美國(guó)進(jìn)行開發(fā)的。目前美國(guó)大部分的地?zé)豳Y源主要保存在EGS系統(tǒng)中，對(duì)于未來能源危機(jī)的有效應(yīng)對(duì)具有重要的保障作用。美國(guó)的能源管理部門在相關(guān)的會(huì)議中明確提出了加強(qiáng)對(duì)EGS技術(shù)有效使用的重要性，并對(duì)這種開發(fā)技術(shù)在熱儲(chǔ)層性能優(yōu)化中的良好作用效果做出了必要地說明。與此同時(shí)，美國(guó)的研究機(jī)構(gòu)認(rèn)為在EGS技術(shù)的支持下，50 GW的煤炭發(fā)電和40 GW核電生產(chǎn)中將會(huì)更加依賴于干熱巖資源：在提高電力系統(tǒng)發(fā)展?jié)摿Φ耐瑫r(shí)將會(huì)提高生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

我國(guó)的干熱巖資源儲(chǔ)量大、分布范圍。初步估算，在埋深3～10 km范圍內(nèi)的干熱巖資源量達(dá)到860萬億t標(biāo)準(zhǔn)煤，按照2%的可利用量計(jì)算，相當(dāng)于國(guó)內(nèi)2014年能源消耗總量的4480倍。因此，需要加大對(duì)干熱巖開采技術(shù)的研究，最大限度地滿足我國(guó)的各行業(yè)生產(chǎn)過程中的能源需求。

2 淺層地?zé)崮芘c干熱巖資源的節(jié)能效果對(duì)比分析

合理地運(yùn)用地源熱泵技術(shù)，可以對(duì)淺層地?zé)崮苓M(jìn)行有效地開發(fā)。這種開發(fā)技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)是節(jié)能環(huán)保效果好，在淺層地?zé)崮荛_發(fā)應(yīng)用中對(duì)周圍的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行了必要地保護(hù)，逐漸地提高了這種清潔性能源的利用效率。在地源熱泵技術(shù)的支持下，淺層地?zé)崮芸梢詮V泛應(yīng)用于各類建筑供熱、制冷系統(tǒng)中，為人們創(chuàng)造良好居住環(huán)境的同時(shí)減少了相關(guān)能源的消耗量。相比傳統(tǒng)的空調(diào)與電采暖設(shè)備，運(yùn)用淺層地?zé)崮苜Y源時(shí)，能源消耗率分別降低40%和70%，實(shí)際產(chǎn)生的運(yùn)行費(fèi)用相比傳統(tǒng)的中央空調(diào)將會(huì)減少55左右。結(jié)合我國(guó)華北地區(qū)的地理環(huán)境，由于其冬天供暖期較長(zhǎng)、夏天的制冷時(shí)間相對(duì)長(zhǎng)，合理地使用淺層地?zé)崮?，可以在保證能源供應(yīng)充足性的基礎(chǔ)上逐步地優(yōu)化我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)，滿足生態(tài)文明建設(shè)的具體要求。

干熱巖開發(fā)由于起步時(shí)間晚，目前還沒有真正地形成運(yùn)行周期長(zhǎng)的系統(tǒng)工程，實(shí)際的節(jié)能效果無法做出合理地評(píng)價(jià)。但是，隨著信息化技術(shù)與各種鉆井技術(shù)的不斷發(fā)展，未來市場(chǎng)中干熱巖發(fā)電將會(huì)有著較高的市場(chǎng)占有率，具體較大的節(jié)能潛力。

3 淺層地?zé)崮芘c干熱巖資源的經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比分析

在可靠的地源熱泵技術(shù)支持下，我國(guó)的淺層地?zé)崮茉趯?shí)際的應(yīng)用中取得了較大的經(jīng)濟(jì)利益。具體表現(xiàn)在以下方面：

熱泵機(jī)組在對(duì)家屬樓供暖期間，一個(gè)供暖季家屬樓用電為42.24萬kW·h，按照居民用電價(jià)格0.52元（/kW·h）計(jì)算，總用電費(fèi)用為24.04萬元。家屬樓供暖建筑面積為15550 m2，則供暖季辦公樓供暖費(fèi)用為15.46元/m2。

熱泵系統(tǒng)投資初期相對(duì)整個(gè)熱泵運(yùn)行過程收益而言，僅占很小部分。根據(jù)實(shí)際工程測(cè)算，如采用地下水的地源熱泵系統(tǒng)，系統(tǒng)初期投資約為250～420元/m2，其中冷源部分的投資大概在150～220元/m2。如采用土壤源地源熱泵系統(tǒng)，投資初期平均在300～480元/m2，其中冷源部分投資約為200～270元/m2。

以上的內(nèi)容客觀地說明了在合理地地質(zhì)條件及完善的基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)下，合理地使用地源熱泵技術(shù)，提高淺層地?zé)崮苜Y源的利用效率，可以減少我國(guó)某些地區(qū)的冬季采暖成本與夏季空調(diào)系統(tǒng)制冷成本。

相比地源熱泵技術(shù)作用下的淺層地?zé)崮?，干熱巖發(fā)電目前還沒有達(dá)到理想的發(fā)電效果。但是，通過一些示范工程的展示，可知這種能源有著較大的市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿?，在發(fā)電量增加及節(jié)能環(huán)保方面有著一定的優(yōu)勢(shì)。與太陽(yáng)能光電池及相關(guān)的發(fā)電基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)電成本相比，干熱巖的發(fā)電成本低。在未來科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展過程中，靈活運(yùn)用成熟的干熱巖技術(shù)，將會(huì)使干熱巖發(fā)電的電價(jià)保持在合理范圍內(nèi)，為社會(huì)各行業(yè)的發(fā)展提供更多的便利。與此同時(shí)，結(jié)合國(guó)內(nèi)外干熱巖發(fā)電的研究現(xiàn)狀及實(shí)際的應(yīng)用效果，可知加強(qiáng)對(duì)干熱巖發(fā)電成本的控制，有利于擴(kuò)大這種能源的實(shí)際應(yīng)用范圍。實(shí)現(xiàn)這樣的發(fā)展目標(biāo)，依賴于國(guó)家各種政策的大力扶持，并對(duì)其來的電價(jià)進(jìn)行必要地調(diào)整。除此之外，結(jié)合可靠的勘探技術(shù)，建立更多的干熱巖EGS示范工程，需要對(duì)工程建設(shè)中的投資風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行必要地控制，提高各項(xiàng)資金的利用效率。

4 淺層地?zé)崮芘c干熱巖資源的環(huán)境影響對(duì)比分析

淺層地?zé)崮芘c干熱巖都屬于清潔性能源。但是，在具體的開發(fā)過程中，開發(fā)技術(shù)選擇不合理、資源存儲(chǔ)量評(píng)估不準(zhǔn)確等，將會(huì)給周圍的生態(tài)環(huán)境帶來潛在地威脅。相關(guān)的研究報(bào)告指出，目前影響淺層地?zé)崮艿闹饕蛩赜校旱叵滤坏膭?dòng)態(tài)變化、熱堆積與熱堆積，給周圍的居民的居住環(huán)境造成了一定的影響。對(duì)于一些區(qū)域滲透性差、水力傳導(dǎo)效果一般的地層，地下水位的下降將會(huì)影響回灌井的實(shí)際作用效果，加大了熱堆積現(xiàn)象及冷堆積現(xiàn)象出現(xiàn)的幾率。因此，在淺層地?zé)崮荛_發(fā)的過程中，技術(shù)人員需要在專業(yè)設(shè)備的支持下，加強(qiáng)對(duì)開采區(qū)域地質(zhì)條件的深入分析，結(jié)合這些區(qū)域的環(huán)境特點(diǎn)，選擇可靠的開采技術(shù)，確保淺層地?zé)崮荛_采能夠達(dá)到預(yù)期的效果，減少對(duì)周圍環(huán)境的影響。淺層地?zé)崮荛_采中EGS工程減少使存在著微震的問題，可能會(huì)對(duì)周圍的建筑物產(chǎn)生一定的影響。以下面某地源熱泵工程為例。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)了4個(gè)水井，井深均為80 m，區(qū)域穩(wěn)定地下水位為46m。系統(tǒng)在家屬樓供暖期間采用一抽兩罐模式、1號(hào)井抽水，2、3號(hào)井作為回灌井。抽水過程中1號(hào)抽水井水位下降4.8 m，2號(hào)注入井水位上升2.6 m，3號(hào)井水位上升4.3 m。在抽水結(jié)束后3個(gè)井的水位很快恢復(fù)到穩(wěn)定水位值46 m。在該系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，為了降低微震產(chǎn)生的幾率，應(yīng)采用一抽兩灌的方式，將灌采比控制在合理的范圍內(nèi)，優(yōu)化這些區(qū)域地層的滲透性，促使淺層地

熱能開采過程中能夠減少對(duì)周圍環(huán)境的影響，增強(qiáng)其整體的節(jié)能環(huán)保效果。

在干熱巖水力壓裂過程中，隨著裂隙的生長(zhǎng)熱儲(chǔ)層逐漸擴(kuò)大，同時(shí)伴隨微震的發(fā)生?？梢酝ㄟ^在地表和地下埋設(shè)微震檢波器來預(yù)測(cè)震源及震級(jí)。目前為止，瑞士的Basel干熱巖開發(fā)工程是唯一受微震事件影響而中止的項(xiàng)目，工程由于施工在城市中心，微震對(duì)附近居民帶來了一定的恐慌。隨著微震等級(jí)的增加，對(duì)于人們的生活影響愈加明顯。而在EGS工程建設(shè)的過程中，微震效應(yīng)的發(fā)生可以為開采井布設(shè)優(yōu)化、評(píng)價(jià)激發(fā)效果的增強(qiáng)提供必要的參考信息，有利于加快干熱巖開發(fā)工程的建設(shè)步伐。這些方面的不同內(nèi)容，客觀地說明了干熱巖資源開采中微震效應(yīng)合理利用的重要性。

5 結(jié)束語

相比干熱巖開發(fā)技術(shù)，我國(guó)的淺層地?zé)崮芗夹g(shù)非常成熟，可以結(jié)合不同地區(qū)的地質(zhì)條件進(jìn)行有效地開發(fā)。在干熱巖開發(fā)的過程中，為了能夠達(dá)到預(yù)期的效果，需要對(duì)這種資源的開發(fā)條件進(jìn)行必要地勘察，并做出相關(guān)的評(píng)價(jià)。與此同時(shí)，構(gòu)建EGS國(guó)際長(zhǎng)期交流合作機(jī)制，增強(qiáng)既有技術(shù)的轉(zhuǎn)化效果，對(duì)于未來干熱巖技術(shù)實(shí)際應(yīng)用范圍的擴(kuò)大具有重要的指導(dǎo)意義。因此，需要做好淺層地?zé)崮芘c干熱巖資源潛力及其開發(fā)前景的對(duì)比分析工作。

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F407.1[[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-12-33-1