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新能源的發展是未來的必然趨勢,太陽能、風能、潮汐能等能源在近些年突飛猛進,地熱能也不例外。地熱開發已經遍布全球近40個主要大國,特別是能源消耗大國,如美英法德俄日,都在積極地探索著這種新能源的開發與利用。我國自上個世紀70年代開始,地熱能就取得了一系列的成果,不僅在產量上位居世界前列,在開發和應用技術上,也不亞于世界其他先進國家,不僅有羊八井這樣的大規模地熱發電站,也在北方一些地熱活躍區,進行地熱供暖和地熱農業的開發,使人們見識到了這種能源的優勢。
我國的地熱能儲量巨大,分布廣泛,但正因為分布廣泛,所以還有一個特點,就是分布不均。盡管在地下5000米以下的深層,地熱能資源的分布較為普遍,但在3000米以上,地熱資源不僅在水平角度分布不均,在深度上也是分布不均的,因此,專家認為,地熱勘查是地熱開發前期非常重要的工作,而地熱勘查技術水平,也是制衡地熱能開發的一個關鍵要素,地熱能能否全面融入地熱開發,關系到地熱能未來能否與其他新能源齊頭并進,躋身未來主流能源行列。
地熱勘查的主要對象是地熱資源。它可以借助地學領域的一切手段,包括對地熱資源這種礦產資源的物理和化學探查手段,調動地質學、地球物理、地球化學等學科的知識,通過實驗室分析,根據所積累的數據庫,進行地熱資源的判斷與評估。與此同時,對于地質方面的了解,也是地熱開發工程所不可缺少的支撐。因此,認為,地熱勘查并非工程前期的形式主義,它的全面融入,將實實在在地推動地熱能開發的高效、順利、持久地進行。
地熱勘查可以探明地熱資源的情況,比如通過對各方面原始地質資料及實際踏勘采集資料的分析和判斷,從而了解地熱水的儲存位置、大致儲量、地熱水的溫度及可能的化學性質,同時根據地下流體科學知識和經驗,分析儲存地熱水的含水層與其他周邊地下環境的關系,探明該地地熱水資源的產生與運動和地下的水熱壓力狀況,從而為地熱能開發奠定最基本、最堅實的基礎。
然而這僅僅是個開始,在地熱鉆井工程中,地熱勘查同時也會為地熱鉆井提供一系列重要的信息,比如,該地的地層結構、地質狀況、巖石的性質,尤其是不同地層有什么樣的巖石,以及地下可能存在的其他地質現象和地質狀況。由此,通過科學的分析和報告,為地熱鉆井方案的擬定提供依據,同時,地熱鉆井所選用的設備、耗材,采取的工藝,都根據地質狀況進行選擇使用,認為,這是合理化生產的要求,通過勘察滲入鉆井的每個細節,使地熱鉆井能夠更科學,體現了科學技術是第一生產力的原則。
此外,在地熱鉆探過程中,進行工程的實時監測,也需要對地質情況跟進了解,如果有地質異常,通過地熱勘查的輔助分析,及時解決問題,杜絕工程中存在的隱患,減少事故幾率,降低風險成本,使開發順利進行,提高地熱井的成功率。
地熱井成功完井后,地熱勘查依舊有用武之地。在地熱利用的運維階段,依然少不了地熱勘查工作。地熱能的大部分水熱資源,都具有天然的物理化學性質,因此,長久使用,對地熱能開發設備的腐蝕,以及地熱水自身的結垢性質,都是不可避免地,如果不進行處理,將會越來越嚴重,最終導致整個地熱能利用系統的效率低下,水熱供應跟不上使用進度,經濟效益也同時下降。因此,指出,地熱能項目是需要運維的,而且地下部分是重點,而對地下部分的了解,還是需要地熱勘查,具體地分析出現問題的所在,從而對癥下藥地解決地熱能利用過程中出現的各類問題。
河北新聞網訊(河北日報記者徐華、葛西勸 通訊員韓瀚、孔思遠)面對日益嚴峻的大氣污染形勢,保定市提出以資源為基礎,以市場為導向,充分發揮地熱資源優勢,大力構筑“三帶五區”地熱資源開發利用格局。
“三帶”指白溝新城—雄縣—容城—安新—高陽—博野—蠡縣—安國東部重點開發帶、涿州—定興—徐水—滿城—保定市區—清苑—望都—定州中部鼓勵開發帶、淶源—阜平西部保護開發帶。“五區”指以白溝新城、雄縣、容城、安新為中心,以溫泉、濕地和購物為特色,突出溫泉養生和濕地生態優勢的溫泉湖泊休閑旅游區;以雄縣、容城、高陽、蠡縣、博野、安國為一體,以地熱建筑供暖為主,加強工業利用,推進地熱發電的中低溫地熱工業利用示范區;以保定市區、滿城、徐水為龍頭,以大力推進淺層地熱資源和太陽能聯合開發為特色的城市新能源綜合利用示范區;依靠阜平、淶源天然溫泉生態旅游促進脫貧致富為目標的西部生態溫泉養生旅游區;以蠡縣留史等村鎮農牧漁業開發利用為特色的新農村地熱綜合利用示范區。
保定地熱資源豐富,主要分布在雄縣、白溝新城、安新、高陽、容城等14個縣(市、區)。經初步評價,牛駝鎮地熱田、高陽地熱田、容城地熱田和留史地熱田4個主要地熱田分布面積約3700平方公里,地熱儲量22006×1016焦耳,熱水儲量2700億立方米,地熱流體年可開采量達108億立方米,折合熱能584兆瓦。
地熱資源與太陽能、風能及潮汐能合稱為4大可再生資源,隨著我國社會經濟的發展,社會對改善能源結構、發展清潔能源的要求與日俱增,人們對地熱資源的來源、特點和開發利用方式表現出強烈的興趣。
一、地熱資源的來源
關于地熱的來源,有多種假說。一般認為,地熱主要來源于地球內部放射性元素蛻變放熱能,其次是地球自轉產生的旋轉能以及重力分異、化學反應,巖礦結晶釋放的熱能等。在地球形成過程中,這些熱能的總量超過地球散逸的熱能,形成巨大的熱儲量,使地殼局部熔化形成巖漿作用、變質作用。
現已基本測算出,地核的溫度達6000°C,地殼底層的溫度達900-100°C,地表常溫層(距地面約15米)以下約15公里范圍內,地溫隨深度增加而增高。地熱平均增溫率約為3°C/100米。不同地區地熱增溫率有差異,接近平均增溫率的稱正常溫區,高于平均增溫率的地區稱地熱異常區。地熱異常區是研究、開發地熱資源的主要對象。地殼板塊邊沿,深大斷裂及火山分布帶等,是明顯的地熱異常區。普查勘探地熱資源,一般采用地表地熱調查、鉆探和各種物探方法。紅外線遙感技術在勘查中取得顯著效果。
二、我國地熱資源特點
我國是地熱資源相對豐富的國家,地熱資源總量約占全球的7.9%,可采儲量相當于4626.5億噸標準煤。
我國的高溫地熱資源(熱儲溫度≥150℃)主要分布在藏南、滇西、川西以及臺灣省,環太平洋地熱帶通過我國的臺灣省,高溫溫泉達90處以上;地中海喜馬拉雅地熱帶通過西藏南部和云南、四川西部。
西藏高溫熱田主要集中在羊八井裂谷帶,其中藏南西部、東部及中部約有108個高溫熱田,構成中國高溫熱田最富集的地帶;云南是全國發現溫泉最多的省,高溫熱田主要分布在怒江以西的騰沖-瑞麗地區,約2O處;川西分布著8個高溫地熱區,為藏滇高溫地熱帶的一部分。
我國主要以中低溫地熱資源為主,中低溫地熱資源分布廣泛,幾乎遍布全國各地,主要分布于松遼平原、黃淮海平原、江漢平原、山東半島和東南沿海地區,其主要熱儲層為厚度數百米至數千米第三系砂巖、砂礫巖,溫度在40~80℃左右,已發現全國共有地熱溫泉3000多個,其中高于25℃的約2200個。
從溫泉出露的情況來看,我國主要有四個水熱活動密集帶:藏南-川西-滇西水熱活動密集帶;臺灣水熱活動密集帶;東南沿海地區水熱活動密集帶;膠東、遼東半島水熱活動密集帶。從地質構造上看,我國地熱資源主要分布于構造活動帶和大型沉積盆地中,主要類型為沉積盆地型和隆起山地型。
三、我國地熱資源開發利用方式
1、地熱直接供暖燃煤鍋爐的大量使用是造成空氣受到嚴重污染的重要原因。北京市政府已明令規定在主要城區取消燃煤鍋爐,代之以燃油或燃氣,以減小大氣污染程度。但燃氣和燃油前期投入和運行成本都十分昂貴。而地熱資源的開發為這個問題的解決提供了一條可行之路。大力提倡與推廣地熱供暖,將對環保事業作出重要的貢獻。
2、浴療保健北京地區的地熱水屬于中低溫熱礦水,富含鋰、氟、氡、偏硼酸、偏硅酸等多種礦物質,有一定的醫療、保健、養生作用。經常用熱礦水進行洗浴,對高血壓、冠心病、心腦血管、風濕病、皮膚病等有一定療效。熱礦水入室,無疑會大大提高居民的生活質。
3、娛樂、旅游依托溫泉浴療,可以開發游泳館、嬉水樂園、康樂中心、會議中心、療養中心、溫泉飯店、溫泉度假村、高級賓館等一系列娛樂旅游項目。
4、種植、養殖可以依托地熱井,建造溫泉溫室,種植名優花卉、特種蔬菜(供給大的飯店、賓館、酒樓之需)等,也可以用來發展旅游農業。
熱水養殖,可以大大縮短多種水生物的孵化期和生長周期??梢砸劳械責豳Y源發展高產魚類養殖業等養殖產業。
5、余熱供暖用于洗浴、娛樂等方面的地熱水在使用后,熱水溫度依然很高,仍含有大量的熱能,如果能有效的加以利用,就會帶來巨大的經濟效益和社會效益。北京市地質勘察技術院與清華同方合作實驗成功了環保型地溫熱泵供暖系統,它可以從熱水,甚至冷水中提取熱能供暖,使地熱能的綜合利用率提高到了80%左右,其運行成本低于燃氣和燃油。這套系統的實驗成功為地熱水的余熱供暖開辟了廣闊的天地。
6、飲用礦泉水不少低溫地熱水,因其來源于深部,未受人為污染,并含有一些有益于人體健康的微量元素,可作為飲用天然礦泉水開發利用,我國開發的一些飲用天然礦泉水中,就有一部分是低溫地熱水。當地熱水的污染物指標、微生物指標及鋰、鍶、鋅、銅、鉻、鋇等組分的限量指標符合要求的條件下,水中有一項(或一項以上)指標符合表2.5.6的規定,可作為飲用天然礦泉水開發。
7、水產養殖溫度在30~45℃,符合TJ35漁業水質標準低礦化的地熱水,可用于水產養殖。我國較多的用于養殖鰻魚、羅非魚、對蝦、河蟹、甲魚等。
8、農業利用一是利用地熱建立溫室,種植名貴花卉、蔬菜等作物;二是用于農田灌溉或給土壤加溫。前者利用地熱水溫度在30~75℃之間,后者利用地熱水溫度一般在40℃以下。用于農田灌溉的地熱水水質應滿足農田灌溉用水水質標準。
河北省住房和城鄉建設廳4月份印發的《河北省城鎮供熱“十三五”規劃》(以下簡稱《規劃》),明確到2020年底,河北全省整體供熱規模和裝備技術水平大幅提高,大中城市熱源供應保障能力明顯增強,小城鎮供熱形成規模,清潔和可再生能源供熱比重大幅提升,供熱系統節能、環保、安全性和智能化水平顯著提高,建成全國高水平的供熱運營管理服務體系,其中地熱能成清潔供熱主要方式之一。
“十三五”期間,河北全省11個設區市、2個直管縣、125個縣(市區)城鎮地熱能等清潔供熱工程總投資617.61億元。其中,熱源改造工程投資66.74億元,熱網改造(含一、二級網)工程投資64.63億元,換熱站改造工程投資23.73億元,新增熱源工程投資157.39億元,新增管網工程投資213.95億元,新增換熱站工程投資91.16億元。
在清潔供熱率方面,河北全省縣城及以上城市集中供熱和清潔能源供熱基本全覆蓋,清潔供熱率達95%以上(約束性指標)。其中,2017年達到75%以上(約束性指標),大氣污染防治傳輸通道城市(石家莊、唐山、廊坊、保定、滄州、衡水、邢臺、邯鄲市,以及定州、辛集市)20萬人口以上縣城基本實現集中供熱和清潔能源供熱全覆蓋。
在供熱方式和能源結構方面,《規劃》指出,河北省各地要結合自身氣候特點、資源、能源條件,因地制宜,優先利用工業余熱、地熱能、電能等能源供熱方式,進一步提高清潔和可再生能源供熱比例。
今年,河北省各設區市、直管縣建成區基本淘汰每小時35蒸噸及以下燃煤鍋爐,其它傳輸通道城市縣(市)區全面淘汰每小時10蒸噸以及以下燃煤鍋爐。10月底前,石家莊、廊坊、保定市行政區域基本淘汰10蒸噸及以下燃煤鍋爐。到2020年基本形成工業余熱、地熱能為基礎熱源。
《規劃》介紹,采用低品位工業余熱資源進行集中供熱技術已經十分成熟。作為工業大省,河北省存在著大量低品位工業余熱。利用工業余熱是解決城市快速發展帶來的需要增大供熱能力與改善大氣環境質量需要降低煤炭消耗矛盾的有效辦法的統一,是提倡的供熱方式之一。
地熱能是一種綠色低碳、可再生的能源,應按照資源分布,提倡科學、規范、可持續和梯級利用。河北省主要利用淺層地溫能、水熱型地熱能(中深層地熱能)兩種資源類型。淺層地熱能主要采用地源熱泵技術加以利用采集;水熱型地熱能熱開發利用方式主要采用間接供暖,通過熱交換器將地熱水熱量轉換給供暖系統進行供暖。
為科學合理利用地熱能資源,《規劃》強調,河北省各地要根據資源條件,科學合理制定地熱能供熱發展規劃,提高地熱能替代化石能源在供熱中的比例,力爭到2020年,地熱能供熱能力累積達到1.3億平方米(支撐性數據),替代標煤337萬噸,減排二氧化碳800萬噸。石家莊、保定、邯鄲、邢臺等平原地區重點推進淺層地熱能集中供暖制冷項目開發建設;保定、石家莊、廊坊、張家口和滄州等地區市重點推進中深層地熱能供暖的開發利用,結合熱泵技術,實現中深層地熱能梯級利用;同時,各地做好尾水回灌工作,實現資源可持續良好循環。
針對熱泵技術,應按熱源(能源)方式不同分為:淺層地源(埋管)、空氣源、污水源、海(湖)水源、地下水水源和復合熱泵等。其能源利用率搞,分布廣泛,使用靈活,是今后提倡的主要利用方式之一。
由于電能屬于一次能源轉化的高品質能源,我國電能主要是由燃煤火力發電廠生產的,能源利用效率在40%左右,提倡電驅動的地源、空氣源及水源熱泵等電能利用形式,適用于集中供熱管網覆蓋不到的區域及農村社區。在集中供熱管網覆蓋不到的區域及農村社區應根據實際情況,因地制宜發展太陽能與地源(空氣源)熱泵結合方式。
《規劃》還指出了在張家口、承德等重點地區要依托自身能源優勢,優先發展地熱能供熱。張家口市崇禮區基本采用可再生能源供熱,實現供熱無煤化,展示綠色、低碳的奧運理念。同時,在劃定的京昆高速以東,榮烏高速以北,保定、廊坊市與北京接壤的“禁煤區”內,推動京津冀跨區域能源合作,優先發展地熱能、新能源和可再生能源供熱方式,積極推廣利用電廠余熱供熱新技術和熱、電、冷三聯供,并合理發展區域供熱。
同時,要積極推廣電能等清潔能源的供熱利用。在集中供熱覆蓋不到的區域,充分利用低品質的資源,大力發展電能驅動的污水源、地源及空氣源熱泵等供熱方式。
《規劃》要求,依據《河北省可再生能源發展“十三五”規劃》和《河北省張家口市可再生能源示范區發展規劃》,以京津冀協同發展和北京、張家口聯合舉辦冬奧會為契機,積極推動張家口可再生能源供熱示范工程建設。
借助北京、張家口聯合舉辦冬奧會的契機,建設淺層地熱能供暖示范項目,提高可再生能源利用效率。在2020年冬奧會前,崇禮區清潔供熱基本實現使用可再生能源,展示綠色低碳奧運理念。并積極推動張北、沽源等地實施可再生能源電力供暖工程,鼓勵張家口市經開區等地實施干熱巖供暖示范工程,力爭2017年底之前實現可再生能源電力供暖面積1000萬平方米以上。到2020年,張家口市縣主城區可再生能源供暖面積達1600萬平方米以上。
在供熱安全方面,要加大供熱系統老舊基礎設施改造力度,對存在事故隱患的一、二次管網系統設施進行維修、更換和升級改造,補充供熱基礎設施短板,保障系統安全,提高供熱系統節能水平。另外,集中供熱面積≥300萬平方米地區,或多熱源的大、中型供熱系統,應具備聯網運行條件,逐步實現多熱源網聯運行。事故狀態下供熱最低保證率:張家口、承德地區不低于70%,其它地區不低于55%。
《規劃》還明確了河北省城鎮供熱建設資金要以地方投入為主。地方各級人民政府要切實加大投入力度,建立穩定的資金來源渠道,確保完成規劃確定的各項建設任務。同時,積極引導并鼓勵各類社會資本參與城鎮供熱設施的建設,國家將根據規劃任務和建設重點,繼對供熱設施建設予以適當支持,對采用工業余熱和電能替代等清潔和可再生能源利用設施進行政策扶持、投資引導、適度補貼,加大支持力度,保障節能減排工作順利進行。
地熱井行業發展的市場越來越壯大,根據去年4月的《英國石油公司世界能源展望》,在未來20年,世界能源需求在持續增長預計年增長1.4%,而到20年后,增長率達到34%。但《展望》也預測,屆時能源結構將發生顯著變化,清潔能源的增長速度,將超過石化能源。
這肯定了新能源在未來的重要地位,而在太陽能、風能、地熱能等新能源多元化發展的基礎上,新能源將逐漸增強力量,與石化能源分庭抗禮,并且在未來石化能源儲量減少的情況下,會更大范圍地得到開發和利用。
地熱能作為新能源中重要的一個類別,它清潔、環保、節能、穩定、儲量大、分布廣、在一定的條件下可再生。不過,地熱能和其他新能源的不同之處在于,它屬于礦產資源,需要進行水文地質礦產勘察,然后通過地熱鉆井進行開采。無論是什么形式的地熱資源,比如熱礦泉水、蒸汽還是土壤熱源,都需要地熱鉆井,可以說,地熱鉆井是地熱資源轉化為新能源被利用的必需手段。