鄉(xiāng)鎮(zhèn)利用地熱代替燃煤供暖可行性探討（以滄州地區(qū)為例）

■劉普峰 高雪 田雙靜

（河北省地礦局第四水文工程地質(zhì)大隊河北滄州061000）

鄉(xiāng)鎮(zhèn)利用地熱代替燃煤供暖可行性探討（以滄州地區(qū)為例）

■劉普峰 高雪 田雙靜

（河北省地礦局第四水文工程地質(zhì)大隊河北滄州061000）

利用地熱代替燃煤對鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民進行供暖，在節(jié)能減排方面效果顯著，對緩解大氣污染、減少霧霾天氣、保護生態(tài)環(huán)境效果顯著，是提高居民幸福指數(shù)、提高居民生活品質(zhì)、改善民生、建設和諧社會的重要舉措。

地熱代替燃煤供暖節(jié)能減排

1　前言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，生態(tài)環(huán)境壓力越來越大，生態(tài)環(huán)境要求越來越高，地熱資源作為綠色、環(huán)保、清潔新能源，應用前景十分廣闊，開發(fā)利用地熱資源對緩解大氣污染、減少霧霾天氣具有重大意義。

滄州各市縣均有開發(fā)利用地熱資源，多集中在各市、縣城區(qū)，主要用于供暖和洗浴。部分縣市城區(qū)已實現(xiàn)地熱供暖達到80%以上，如獻縣、肅寧等。

受城鎮(zhèn)建設和經(jīng)濟條件的制約，地熱開發(fā)主要集中在各市縣城區(qū)，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)開發(fā)利用地熱的較少，鄉(xiāng)鎮(zhèn)供暖依然采用單戶燃煤供暖。燃煤供暖對居住環(huán)境和大氣環(huán)境均污染嚴重，并且供暖效果較差。

隨著“京津冀協(xié)同發(fā)展綱要”發(fā)布，對生態(tài)環(huán)境要求越來越高，并且，城鎮(zhèn)化進程加快，城鎮(zhèn)居民對居住條件的要求越來越高。鄉(xiāng)鎮(zhèn)在地理位置、經(jīng)濟條件、人口規(guī)模、城鎮(zhèn)建設方面雖然比縣市不具備優(yōu)勢，但比村莊還是有很大優(yōu)勢的。并且在城市房地產(chǎn)價格居高不下的情況下，利用地熱代替燃煤對鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民進行集中供暖，是提高居民幸福指數(shù)、提高居民生活品質(zhì)、改善民生、建設和諧社會的重要舉措，符合國家建設“美麗鄉(xiāng)村”相關扶持政策。

2　地熱代替燃煤供暖可行性分析

2.1地熱資源分布

滄州市蘊藏著豐富的地熱資源，受地質(zhì)構造條件的限制，地熱資源分布不均勻。由西向東將地質(zhì)構造單元分為冀中臺陷（Ⅰ區(qū)）、滄縣臺拱（Ⅱ區(qū)）、黃驊臺陷（Ⅲ區(qū)）、埕寧臺拱（Ⅳ區(qū)）四個大區(qū)。

根據(jù)各區(qū)已有地熱井情況，各區(qū)主要利用熱儲特征為：

冀中臺陷（Ⅰ區(qū)）：主要利用新近系館陶組熱儲，屬孔隙熱儲層。底界埋深一般1600-2300m，砂厚比一般為20-30%，平均空隙度18%-28%。單井涌水量

60-100m3/h，水溫70-80℃，溶解性總固體1.5g/L左右，水化學類型為HCO3·CL-Na或HCO3-Na型水，屬低溫熱水。

滄縣臺拱（Ⅱ區(qū)）：分為Ⅱ1區(qū)和Ⅱ2區(qū)。Ⅱ1區(qū)：主要利用新近系明化鎮(zhèn)組熱儲，屬孔隙型熱儲。底界埋深一般800-1100m，砂厚比一般為20-30%，平均空隙度18%-28%。單井涌水量40-80m3/h，水溫40-60℃，溶解性總固體5g/L左右，水化學類型為HCO3·CL-Na 或HCO3-Na型水，屬低溫熱水。

Ⅱ2區(qū)：主要利用薊縣系霧迷山組熱儲，屬基巖裂隙型熱儲。頂界埋深1100-1600m，儲厚比一般為10-30%，平均空隙度1.5% -4.5%。單井涌水量40-120m3/h，水溫70-100℃，溶解性總固體6g/L左右，主要水化學類型為CL-Na型水，屬中-低溫熱水。本區(qū)構造條件復雜，巖溶、裂隙發(fā)育不均勻，水量、水溫差異較大。

黃驊臺陷（Ⅲ區(qū)）：分為Ⅲ1區(qū)和Ⅲ2區(qū)。Ⅲ1區(qū)：主要利用新近系館陶組熱儲，屬孔隙熱儲層。底界埋深一般1400-1700m，砂厚比一般為30-40%，平均空隙度25%-30%。單井涌水量60-100m3/h，水溫50-59℃，溶解性總固體4-5g/L，主要水化學類型為CL-Na，屬低溫熱水。

Ⅲ2區(qū)：主要利用新近系館陶組熱儲，屬孔隙熱儲層。底界埋深一般1600-2200m，砂厚比一般為40-50%，平均空隙度25% -35%。單井涌水量70-140m3/h，水溫60-75℃，溶解性總固體4-6g/L，主要水化學類型為CL-Na，屬低溫熱水。

埕寧臺拱（Ⅳ區(qū)）：主要利用奧陶系熱儲，屬基巖裂隙型熱儲。頂界埋深一般900-1200m，儲厚比一般為10-20%，平均空隙度2%左右。單井涌水量40-100m3/h，水溫40-58℃，溶解性總固體6g/L左右，主要水化學類型為CL-Na型水，屬低溫熱水。本區(qū)構造條件復雜，巖溶、裂隙發(fā)育不均勻，水量、水溫差異較大。

2.2可行性分析

根據(jù)滄州市地熱資源分布情況，滄州市境內(nèi)均有地熱資源分布，只是受地質(zhì)條件影響，各地地熱資源開采技術條件不同。

滄州市目前有174個鄉(xiāng)鎮(zhèn)及街道辦事處，其中14個為城關鎮(zhèn)，20個為街道辦事處，140個為鄉(xiāng)鎮(zhèn)。除去城關鎮(zhèn)和街道辦事處，140個鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民冬季多采用燃煤供暖。因所處地理位置、經(jīng)濟條件的制約，各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口和居住面積相差較大，一般鄉(xiāng)鎮(zhèn)住戶1000戶至3000戶不等，居住面積一般5.0萬平米至20.0萬平米不等，占地范圍一般1.0平方公里至2.5平方公里不等。因供暖規(guī)模較小，單獨建設燃煤或天然氣供熱站，投資很大、運行成本很高。相對地熱供暖，投資就少很多，并且其施工簡單、管理靈活，利用地熱代替燃煤對鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民進行集中供暖是符合實際的。

可先在地熱開采條件較好的地區(qū)選擇一個合適鄉(xiāng)鎮(zhèn)進行試點，利用地熱全面代替燃煤對該試點鎮(zhèn)進行供暖，從地熱供暖系統(tǒng)設計到地熱開采井和回灌井施工、供暖機房設計設備安裝、管道設計施工、供暖運行維護等一條龍運作。經(jīng)試運行后如果效果良好，可向全市推廣。

3　投資初步估算

3.1估算條件

在地熱地質(zhì)條件較好的Ⅰ區(qū)，按中等規(guī)模鄉(xiāng)鎮(zhèn)進行估算：

（1）鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民約2000戶；

（2）鄉(xiāng)鎮(zhèn)占地面積約1.5平方公里，供暖面積約12.0萬平米；

（3）地熱井深按2000米；

（4）水溫按75℃，水量按80m3/h，供暖利用后尾水按33℃計算；

（5）鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民住宅多為平房，保溫措施較差，采用暖氣片供暖，采暖指標取60W/m2。

3.2所需地熱開采井數(shù)量

單井供暖面積為：

式中：En-采暖所需熱能（w）；F-采暖面積（m2）；Qf-居室采暖熱指標（W/m2），取60W/m2；Q-地熱水水量（m3/d），1920 m3/d；t1-地熱水采暖進水溫度（℃），取75℃；t2-地熱水采暖排水溫度（℃），取33℃。

經(jīng)計算，En=4.19×106w，單井供暖面積約F=6.5×104m2。

最少需要兩眼地熱開采井，最大可供暖面積約13.0萬平米。

3.3所需回灌井數(shù)

目前，已知館陶組地熱尾水回灌，回灌量約為40-50m3/h，最大已達到70m3/h。目前本區(qū)館陶組地熱井還未進行回灌，缺少回灌資料，初步設計1眼地熱開采井配備1眼地熱回灌井。在項目實施期間可先施工1眼回灌井進行回灌試驗，根據(jù)實際回灌成果，相應增加或減少回灌井數(shù)量。

3.4資金估算

估算依據(jù)：

（1）主要實物工作量；

（2）市場詢價；

4　開發(fā)利用流程

地熱水一般具有腐蝕性，因此需采用換熱器換熱供暖。

熱源側：只利用地熱水的熱資源，不利用水資源，并且地熱水在封閉的系統(tǒng)內(nèi)運行，其水質(zhì)不會發(fā)生變化。地熱水經(jīng)換熱利用后經(jīng)過濾系統(tǒng)后直接回灌，其流程為：地熱水自井中取出通過除砂器后首先進入混水罐，通過混水罐利用換熱器進行換熱供暖，換熱供暖后的尾水經(jīng)過濾處理后進入回灌井回灌。

供暖側：采用自來水作為換熱水源，利用補水穩(wěn)壓裝置補水穩(wěn)壓供暖。

5　效益分析

5.1經(jīng)濟效益

供暖面積約12.0×104m2，按照目前各項費用（主要包含采礦權價款、電費、人工費、維修費、折舊費等），初步估算年運行成本每平米約12.0元，共計144.0萬元。

滄州市供暖費用標準為20.5元/m2，按此初步估算年收益約102.0萬元。

滄州市市政供暖、獻縣、肅寧地熱供暖都收取一定的接口費，一般為居民建筑40元/m2?？蓞⒄沾藰藴适杖∫欢ǖ慕涌谫M用，用于該項目建設。按40元/m2標準收取接口費，12.0×104m2可收取接口費約為480萬元。

項目總投資約1050.0萬元，減去所收取的接口費費用，初步估算約6年可收回投資，地熱井使用壽命一般可達到30年，其經(jīng)濟效益較好。

利用地熱供暖比燃煤供暖室內(nèi)效果要好，室內(nèi)外要干凈、整潔的多，不在為每天管理煤爐煩惱。并且每年都有因燃煤供暖造成一氧化碳中毒失去生命的事故發(fā)生，利用地熱供暖提高了居民的安全性，保障了居民的生命安全，大大提升了人民的生活品質(zhì)。

5.2社會效益和環(huán)境效益

地熱開發(fā)利用具有良好的社會效益和環(huán)境效益，利用地熱水供暖減少了燃煤的使用，在節(jié)能減排方面效果顯著。

單個鄉(xiāng)鎮(zhèn)按2000戶居民估算，每戶居民每年消耗燃煤約2.5噸，2000戶居民年消耗燃煤總量約5000噸。根據(jù)《地熱資源地質(zhì)勘查規(guī)范》（GB/T11615-2010）有關資料，年消耗燃煤量約5000噸，每年產(chǎn)生和排放有毒有害物質(zhì)及廢棄物：二氧化碳約11930.0噸、二氧化硫約85.0噸、氮氧化物約30.0噸、懸浮質(zhì)粉塵約40.0噸、煤灰渣約5.0噸，對霧霾及生態(tài)環(huán)境影響嚴重，每年需要花費一百三十多萬元的治理費用。

全市約有140個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，如全部鄉(xiāng)鎮(zhèn)都利用地熱代替燃煤供暖，每年節(jié)能減排量是巨大的。因此，利用地熱資源替代燃煤供暖，其節(jié)能減排、減少污染、改善生態(tài)環(huán)境的效果是顯著的，其產(chǎn)生的社會效益和環(huán)境效益相當明顯，對改善生態(tài)環(huán)境及提高人民生活品質(zhì)效果顯著。

P314［文獻碼］ B

1000-405X（2016）-8-385-2

劉普峰（1977～），男，2007年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學（武漢）水文地質(zhì)與工程地質(zhì)專業(yè)，工程師，研究方向為水文、工程地質(zhì)、地熱地質(zhì)。