⑴ 北京地区浅层地温能资源开发利用

北京作为国际性的大都市对清洁、环保的浅层地温能资源有着极高的内在需求。1997年,浅层地温能资源开发利用技术——地下水地源热泵技术和地埋管地源热泵技术开始传入我国,北京地区众多的科研机构、勘察设计单位、民营企业纷纷看好浅层地温能资源开发利用前景,大力引进、消化与吸收浅层地温能资源开发利用核心技术。经过多年科研积累和工程实践,北京地区浅层地温能资源开发利用与研究已走在了全国的前列。

1.项目类别、数量、服务面积

据不完全调查,截止到2007年9月底北京地区浅层地温能资源开发利用项目数量已达到479个,服务面积已达10527069.89m2,其中地下水地源热泵项目415项,服务面积8522384.89m2,占总服务面积81%;地埋管地源热泵项目64项,服务面积2004685m2,占总服务面积19%,见图3-17。项目数量、类别、服务面积逐年统计表见表3-6。

表3-6北京地区浅层地温能资源开发利用工程项目数量、服务面积逐年统计表

图3-17地下水式地源热泵和地埋管式地源热泵服务面积百分比图

北京地区第一个投入商业运行的浅层地温能资源开发利用工程项目于2000年建成(空军丰台招待所地下水热泵系统工程),经过7年的发展,项目数量和服务面积均大幅度增加,年均增幅达到150%。

地下水地源热泵项目规模单个最大的项目是位于丰台区的大红门服装商贸城,经过三期开发项目服务面积达到31×104m2,加上附近的京华饭店和福海住宅小区,项目总规模达到41.5×104m2。地埋管地源热泵服务面积较大项目有位于顺义区后沙峪的北京力迈学校,服务面积23.8×104m2和当代万国城,服务面积22×104m2;用友软件园项目,服务面积18×104m2等。

在地下水地源热泵中,单井抽灌项目共133个,服务面积占29.44%,异井抽灌项目272个,服务占70.56%,见图3-18。

图3-18地下水地源热泵单井抽灌和异井抽灌百分比图

2.项目分布、密度、规模

浅层地温能开发利用工程项目在北京地区18区(县)均有分布,但地下水和地埋管分布特征各有不同,见图3-19和图3-20。

图3-19北京各区(县)地下水式地源热泵项目服务面积分布图

从图中可以看出,地下水式地源热泵项目主要分布在海淀、丰台、朝阳三区,占服务面积总数的54.7%,其中在海淀区万柳、中关村地区和杏石口地区项目密度最大,达到5个/km2;在丰台区大红门、右安门、丰台体育中心附近项目密度也较大;城近郊八区占服务面积总数的63.7%;而地埋管式主要分布在顺义、昌平、海淀三区,占服务面积总数的59.3%,以海淀山后上地、永丰一带和顺义北七家、后沙峪一带项目密度较大,城近郊八区占服务面积总数的34.9%。

图3-20北京各区(县)地埋管式地源热泵项目服务面积分布图

项目规模以(1~3)×104m2的中小建筑为主,地下水地源热泵项目规模单个最大的项目是位于丰台区的大红门服装商贸城,经过三期开发项目服务面积达到31×104m2,加上附近的京华饭店和福海住宅小区,项目总规模达到41.5×104m2。地埋管式地源热泵项目单个最大的项目是位于顺义区后沙峪的北京力迈学校,服务面积23.8×104m2和当代万国城,服务面积22×104m2;用友软件园项目,服务面积18×104m2

3.项目建筑类型、功能

浅层地温能开发利用工程适用范围较广,建筑类型既包括办公楼、住宅、学校、医院、宾馆、别墅等普通建筑物,又包括游泳馆、景观水池、高档公寓和温室大棚等非普通建筑物,见图3-21。在图中可以看出,办公楼(37%)、住宅(22%)、学校(13%)、商场(9%)、宾馆(10%)、医院等为浅层地温能资源开发利用工程的主要使用方。从统计结果中可以看出,浅层地温能开发利用工程服务建筑类型与常用供暖、制冷系统是相同的,这是因为浅层地温能开发利用工程末端形式可以是暖气片、风机盘管、地板采板、全空气系统等多种形式,这与常用中央空调系统一致。

浅层地温能开发利用工程服务功能以冬季供暖和夏季制冷为主,兼顾提供生活热水,少量项目有加热游泳池(解放军总参谋部管理局游泳馆,北京人民警察学院)、加热景观水池(国家大剧院)和温室大棚(北方苗木基地供暖系统改造工程)等功能。

4.浅层地温能资源开发利用工程数据库和分布图

北京地区浅层地温能资源开发利用工程调查结束后,为方便政府部门、科研单位等使用,由北京市地质矿产勘查开发局建立了北京地区浅层地温资源开发利用工程数据库,实现了按项目编号,所在行政区域,工程名称,工程地点,主要建筑类型,空调面积,是否供应生活热水,是否改建,单井抽灌或异井抽灌,抽灌井数量,地埋管孔数量、深度,建成时间,联系人、联系电话,图号、GPS坐标等进行查询、分类和排比。

图3-21服务建筑类型百分比图

图3-22北京地区浅层地温能资源开发利用工程数据库

如要查找2007年,海淀区,学校,地下水地源热泵项目,只需打开地下水地源热泵项目统计表,在行政区栏内选择海淀区,在建成时间栏内选择2007年,在建筑类型中选择学校,数据库即显示出结果,包括工程名称、地点、服务面积、抽灌井数量、出水量、联系人、联系方式、所处冲洪积扇类型、图号、坐标等多项信息,见图3-22、图3-23。

图3-23北京地区浅层地温能资源开发利用工程分布示意图

⑵ 浅层地热能开发利用现状、发展趋势与对策

陶庆法 胡杰

(国土资源部地质环境司)

1 概述

地球的内部是一个巨大的热源库,蕴藏着无比巨大的热能。浅层地热能是地球热能的重要组成部分,通常是指位于地球表层变温层之下,蕴藏在地壳浅部岩(土)体中的低温地热资源,其热能主要来自地球深部的热传导。浅层地热能的温度略高于当地平均气温3~5℃,温度比较稳定,分布广泛,开发利用方便。具有十分广阔的开发利用前景。浅层地热能的利用,主要是通过热泵技术的热交换方式,将赋存于地层中的低位热源转化为可以利用的高位热源,既可以供热,又可以制冷。目前浅层地热能的可经济开采利用的深度一般小于200m。

热泵技术的不断完善与广泛应用,为浅层地热能的开发利用提供了条件。用于浅层地热能开发利用的热泵系统,统称为“地源热泵系统”,它是以岩土体、地下水(或地表水)为低温热源,由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统,是一种节能环保的空调系统。根据地热能交换形式的不同,地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。

地源热泵技术是一种利用浅层地热能的既可以取热供暖又可以取冷制冷的高效节能的空调技术。其工作原理是利用地下常温土壤或地下水温度相对稳定的特性,通过输入少量的高品位电能,运用埋藏于建筑物周围的管路系统或地下水与建筑物内部进行热交换,实现低品位热能向高品位转移的冷暖两用空调系统。它由水循环系统、热交换器、地源热泵机组和控制系统组成。冬季代替锅炉从土壤中取热,以30~40℃左右热风向建筑物供暖,夏季代替普通空调向土壤排热,以10~17℃左右冷风给建筑物制冷。同时,还能供应生活用热水。

国内外大量实例表明,采用地源热泵系统开发利用浅层地热能对建筑物进行供暖空调,具有取用方便、无污染、运行费用低等特点。浅层地热能是理想的“绿色环保能源”,热泵技术是“绿色环保技术”,其主要特点是:

(1)资源可持续利用。浅部地热能储层像一个巨大的热能调蓄器,利用热泵系统给建筑物供暖、空调,冬季从地层中取出热量给建筑物供暖,夏季吸收建筑物的热量释放到地层中储存,这样,全年中建筑物冬季采暖所需的热量,总体上可与来自地球深部的传导热量和夏季储存的热量实现平衡,使浅层地热能源能够实现可持续利用。

(2)高效节能。由于浅层地温略高于当地平均气温,比较恒定,冬季供热时温度比环境温度高,所以热泵循环的蒸发温度提高,能效比提高;夏季供冷时,温度比环境温度低,冷却效果提高,机组效率也提高。地源热泵的制冷制热系数可达4.0以上。与传统的空气源热泵相比,高出40%左右,其运行费用仅为普通中央空调的50%~60%,与电热锅炉和电热膜供热相比,可节约70%左右的电能。

(3)无环境污染。地源热泵运行时,除了消耗少量的电能外,需要的仅仅是与地下岩土层(含岩石、土层和空隙中的水)进行热量交换的循环水或其它液体,基本不消耗水、不排泄废物,不对周围环境产生任何污染。

(4)运行费用低。维修量少、自动化程度高,运行费一般只相当于普通供暖空调费用的30%~70%。

(5)一机多用。一套地源热泵就可以实现供热、供冷和生活热水供应,可代替原来的锅炉加空调两套系统,一次性投资降低。

(6)节省土地资源。地源热泵除主机和循环水泵外,没有其它安装设备。与锅炉房相比,省去了水处理间、风机间、烟囱、煤场和渣土场,节约了土地资源。

(7)运行灵活、稳定可靠、使用寿命长:每台机组可独立运行,个别机组发生故障不会影响整个系统的运行。机组运行工况稳定,不受环境温度变化的影响,冬季不需要除霜。热泵的运转部件少,基本上不需要维修,运行稳定可靠,使用寿命可达20年。

(8)自动化程度高:地源热泵一般是全电脑控制,可根据外部负荷的变化,调整压缩机的工作数量,并设有压缩机超温保护、断水保护等多种保护措施,可实现无人值守。

(9)用途广泛:从严寒地区至热带地区均适用。

(10)易于管理。可实现机组独立装表、计费,方便对整个系统的管理。

地源热泵系统的应用受当地水文地质条件的制约。地区的水文地质条件决定了采用地源热泵供暖、空调的可能性及其利用的方式。就一般而论,在地下水位埋藏不深,含水层厚度较大、渗透性能较强、易于回灌的地区,适宜采用以地下水源为载体的地源热泵;在地下水位埋藏浅,松散层厚度大、但渗透差、不易回灌的砂、土层分布地区,适宜采用垂直埋管式地源热泵;地下水位埋藏深,松散层厚度小、岩土层渗透性弱、不具备开采地下水的岩石地区,不适宜采用地源热泵。

2 国际地源热泵技术与浅层地热能应用发展趋势

“热泵”的概念,1912年由瑞士人提出,1946年第一个热泵系统在美国俄勒冈州诞生。1974年起,瑞士、荷兰和瑞典等国家政府逐步资助建立示范工程。20世纪80年代后期,热泵技术日臻成熟。在过去的10年时间里,大约30个国家的热泵平均增长速率达到10%,在国际社会中,由于其在减少二氧化碳方面得到普遍认可而受到广泛重视。

目前,利用热泵技术开发利用浅层地热能较好的国家有美国、北欧、瑞典、瑞士和德国,已有大量装机的国家有加拿大、奥地利、法国和荷兰,开始重视和推广应用的国家有中国、日本、俄罗斯、英国、挪威、丹麦、爱尔兰、澳大利亚、波兰、罗马尼亚、土耳其、韩国、意大利、阿根廷、智利、伊朗等国。

热泵增长较快的主要还是在美国和欧洲。目前全世界装机容量可能接近10100MWt,年均利用能量约59000TJ(16470GWh),实际安装的机组量约900000个,据不完全的统计,目前地源热泵装机容量居多的国家依次是美国、瑞典、德国、瑞士、加拿大、澳大利亚(见表1)。

表1 利用地源热泵装机容量居多的国家

在美国,每年接近安装5万~6万套热泵机组,超过600个学校安装了热泵系统进行供暖和制冷。在瑞士,由于高原气候条件,冬天日照少,水源热泵系统已经以每年15%的速度快速增长。目前,瑞士有超过25万台热泵系统在运行,成为世界上利用热泵密度最大的国家。在英国,尽管地质条件非常复杂。但是热泵技术也从非常小的起步发展到遍及整个英国。涉及领域有:私人建筑、房地产开发、公共设施等。目前,瑞典的地源热泵安装基本占总需求负荷的60%,尤其是进入到21世纪之后,瑞典的热泵安装增长更为迅速,仅2001年热泵销售就突破25000台。澳大利亚虽然大部分国土位于热带,但是引入热泵的数量也达到23000多套。

地源热泵在日、韩、美和中欧、北欧应用较为普遍。据1999年的统计,在住宅供热装置中,地源热泵所占比例,瑞士96%,奥地利38%,丹麦27%。美国1998年地源热泵系统在新建筑中占30%,且以10%的速度稳步增长。其中最著名的地源热泵工程有肯塔基州路易斯威尔的滨水区办公大楼,服务面积15.8×104m2,每月节省运行费用25000美元。随着该项技术的应用发展,其组织的研究也迅速发展。据有关资料介绍,日本国研究出的高温水地源热泵,出水温度达到80~150℃,且其制热系数COP高达8.0。

由于地源热泵技术的日趋成熟,有力地促进了浅层地热能的广泛利用。近几年来,各国浅层地热能的开发利用规模和发展速度都在快速增长。从国外发展趋势看,开发利用浅层地热能(蕴藏于地球浅部岩土体中的低温能源),将是地热资源开发利用的主流和方向。

3 我国浅层地热能开发利用现状

我国的热泵研究始于20世纪50年代,天津大学热能研究所的吕灿仁教授在1954年开展了我国热泵的研究,1965年研制成功国内第一台水冷式热泵机组。但由于多种原因,发展缓慢,直到80年代末90年代初,相关领域开始了新一轮的研究。进入21世纪以来,我国在热泵模型仿真、试验装置、能耗评价以及系统材质研究等方面取得了一批显著成果。随着传统能源的紧缺和人们对开发新能源和再生能源的重视以及热泵技术的日益成熟,热泵技术及浅层低品位地热能的开发利用得到了快速发展。

我国政府十分重视热泵技术和浅层地热能的开发利用工作。1994年3月国务院批准了《中国21世纪议程下的可持续能源计划》。1997年11月原国家科委与美国能源部在北京签署了《关于地热能源生产与应用的合作协议书》,中美两国政府开始了可再生能源领域的技术合作。1998年11月,开始实施《中美两国政府合作推广美国土-气型地源热泵技术工作计划书》,确定了北京计科地源热泵科技有限公司、上海鼎达能源公司、广州信利达公司为中美两国政府地源热泵合作项目的执行单位。按照该计划,1999年正式启动了北京嘉和园国际公寓、宁波服装厂厂房楼、广州松田学院教学主楼三处示范性工程,建筑总面积13.238万m2,其中北京嘉和园国际公寓面积最大,达8.8万m2。2000年6月,由中国科学技术部在北京主办了“美国土-气型地源热泵技术交流大会”,进一步推动了热泵技术的运用。据统计,到2003年底,仅北京计科公司,已建成土-气$#

北京是我国应用地源热泵技术开采浅层地热能对建筑物进行供暖空调较早且发展最快的地区之一。近几年来,采用浅层地热能为建筑物供暖空调的工程数量迅速增加。到2004年底,北京已有200多个单位总计420万m2的建筑面积利用浅层地热能供暖或供冷。其建筑物类型有普通住宅、办公大楼、高级宾馆,也有学校、幼儿园、商场、医院、敬老院、档案馆、体育场馆、厂房、污水场站,景观水池等。其中,地下水地源热泵系统最大单项工程建筑面积达18万m2,地埋管地源热泵系统(又称土壤源热泵系统)最大单项工程建筑面积也已达13万m2。目前由华清地热集团正在实施的地埋管地源热泵系统单项工程——用友软件园,供暖空调面积将达到20万m2。几处代表性的地源热泵供暖空调工程项目见表2。

表2 北京代表性的地源热泵供暖空调工程项目简介

天津也是我国应用地源热泵系统供暖空调较早的地区之一。近年来,已先后在天津开发区第十八大街海滨大道发展公司、天津地矿珠宝公司、天津市中心海河商贸区古文化街等地建立了地源热泵系统供暖空调项目。目前,正在快速发展中。

河南、内蒙古、山东、广东、安徽等地也都开始了开发利用浅层地热能的探索和试点。随着我国能源结构政策的调整,以燃煤和耗电为主的锅炉采暖、空气源热泵供冷的传统方式,将会被更加高效的以浅层地热能为热源(或冷源)的地源热泵供暖(或供冷)方式所取代。随着地源热泵技术的逐步完善,浅层地热能必将成为我国今后一段时期地热能开发利用中的最普遍最主要的能源。在我国建筑物供暖(或供冷)中,浅层地热能所占的比重也将愈来愈高。

4 存在的主要问题

地源热泵技术及其浅层地热能的开发利用,虽然在我国取得了明显成效,但由于发展时间短,总体上还处于起步阶段,地区发展很不平衡,存在的一些问题也日益显现,需要我们认真研究和解决,否则将直接影响着浅层地热资源的科学开发和持续利用。主要问题是:

(1)社会认知程度低。当前社会对浅层地热能资源的认知程度还很低,人们对赋存于地壳表层丰富的浅层地热能资源和特点及其热泵技术了解不多,甚至相当一部分专业设计单位的人员对此也缺乏了解,直接影响浅层地热能这一新型能源的广泛应用。

(2)开发技术水平不高。适合我国特点并满足不同要求的地源热泵系列产品尚未形成,有待积极开发;地源热泵供暖空调项目专业设计人员普遍缺乏,系统设计不匹配和偏保守的问题较突出。土壤埋管换热计算理论还不成熟,缺乏设计标准,工程质量难以保证,广泛应用受到限制。

(3)开发利用工程与资源勘查评价工作脱节,存在一定的盲目性。水文地质条件决定了浅层地热能的开发利用方式和规模。但目前浅层地热能的开发与勘查评价工作大多存在脱节问题,有的开发利用方案的选定缺乏科学依据,开发规模与资源条件不匹配,存在盲目性,导致工程效益不高,工程成功率偏低。因此,浅层地热能的开发利用必须建立在水文地质勘查评价工作的基础上,应对浅层地热能开发利用的可行性、适宜性及开发利用容量进行评价,因地制宜地制定开发利用方案,选定热泵系统类型(是地埋管地源热泵还是地下水型地源热泵等),确定埋管深度、密度等科学数据。

对已经开发利用浅层地热能的工程和地区,大多没有对其影响范围内环境地质体中的岩土体温度、地下水温度及其水质等进行监测,也没有及时分析地热能场的变化规律及开展环境影响评价工作,对未来的变化趋势更是心中无数。

(4)浅层地热能开发利用的技术标准、规范滞后。目前尚缺乏《浅层地热能勘查评价》、《浅层地热能地质环境境影响评价》等技术规范,使勘查评价工作缺乏标准,方法不统一。工程的设计缺乏系统的设计规范,大都处在无标准可依的状态。对开发单位缺乏资质管理,实施的工程也缺乏必要的论证程序。浅层地热能供热(或供冷)是一项系统工程,地上暖通空调系统与地下资源勘查评价及井位、埋管系统的设计、施工等环节,是有机的整体,各专业之间必须统一设计施工,协同作业。否则,浅层地热能供暖(或供冷)工程将会造成热泵系统不匹配或匹配程度差,成功率低的不良后果。

(5)相关技术研发滞后。由于浅层地热能开发利用在我国时间短,一些配套的技术措施和检测设备还跟不上。如深层岩土热物性测试技术和仪器研发、不同区域地下传热模型模拟试验研究、地埋管换热器的传热强化、系统设计软件开发、地源热泵仿真及最佳匹配参数的研究、高性能回填材料的研究等,亟待开发和研制。

(6)缺少必要的扶持和激励政策。浅层地热能资源开发利用潜力很大,资源的可再生、无污染,是任何化石燃料所不能替代的。但初期一次性投入也较大,要取得经济上的规模效益,需要各级政府在财税等政策上予以扶持,否则,全面推广和应用受到一定的限制。就全国而言,目前仅有北京市,出台了鼓励政策,对用热泵技术进行供暖(供冷)的,市财政按照其受益的建筑物面积给以补助。但有些地区不但没有鼓励政策,反而出台了限制政策,如不仅对取出的地下源水收费,而且对回灌到地下的源水还再次收费,增加了企业负担,使企业利用浅层地热能的节能、环保效果未能在经济效益上得到体现,因而大大限制了热泵技术和浅层地热能的利用和发展。

5 对策

浅层地热能的开发利用已逐渐在我国兴起,并呈快速增长之势,近几年,其在用于供暖(空调)方面的发展速度已超过传统意义上的地热资源,随着人们认识水平的提高和示范工程的引鉴,对其开发利用会引起更多人的关注,也将会有越来越多的建筑物供暖空调项目采用浅层地热能资源。为促进浅层地热能资源的合理开发利用,必须采取如下对策措施。

(1)积极开展浅层地热能资源勘查评价,制定开发利用总体发展规划。浅层地热能资源普遍存在于地球表部,分布广泛、取用方便,具有广阔的利用前景已是不争的事实,但采用何种方式开发、可能利用的量、长期利用后对环境的影响程度等,则受到当地具体水文地质条件(地下水埋藏条件,地层结构、含水地层的渗透性、地下水水质等)的限制,只有这些条件查清楚,才能对浅层地热能的利用方式做出正确的选择。就一个地区而论,也才能对适宜浅层地热能开发利用的地区、不同利用方式的地段、可能的利用规模、潜在的环境地质问题等做出合理的判断。

部署开展区域浅层地热能资源勘查评价工作。当前,应先从平原区的重点城市起步,开展以1∶10万比例尺精度为主体的勘查评价工作。以原来开展的水文地质勘查成果为基础,补充必要的获取岩土体热传导率、渗透率等参数的勘查工作。勘查工作深度一般控制在200m以浅。

在勘查评价的基础上,编制浅层地热能开发利用规划,进行合理布局,确定适宜开发利用的地区、圈定不同利用方式(地下水、地埋管)的地段、提出合理的开发利用规模、防治地质灾害和环境地质问题的措施等。

(2)推动示范工程的建设,带动地区浅层地热能资源的开发利用。我国南北差异大,地质条件复杂,浅层地热能在一个地区成功应用的经验受地区具体条件的限制,并不能完全适用于其他地区。不同方式的利用经验,也有其特性和相应的利用模式。浅层地热能在一个地区的推广应用,除了吸收普遍的经验外,更重要的是应结合地区具体的条件,建立符合本地实际的示范性工程,摸索方法、总结经验,推广应用,带动面上的开发利用。

(3)依靠科技进步和创新,提高浅层地热能应用技术水平。浅层地热能利用涉及到资源勘查评价、地下换热、热泵、建筑物内供热(供冷)系统、自动控制等诸方面的配套技术,涉及多学科相互联系、借鉴的应用技术,既需要自身的提高,也需要相互协调配合方面的强化和提高。当前,尤其应加强地下换热技术,适合我国特点和需要的地源热泵产品研制及产品的系列化、标准化,系统设计优化和相关仪器的研制等,以推动整体技术水平的提高。

(4)出台相关政策、激励浅层地热能资源的开发利用:浅层地热能开发利用初投资较高,但运行管理费用低并具有清洁、高效、节能的特点,是具有很好的开发前景和可持续利用的清洁能源,政府应出台相关政策、法规,支持、鼓励浅层地热能资源的开发利用。各级地方政府可以参照北京市政府的做法,对用地热能供暖(或供冷)的,可以按照建成的供暖(或供冷)的建筑面积,财政上给以补贴,以此支持和鼓励热泵技术的推广应用,推进浅层地热能的开发和利用。建议中央财政在可再生能源发展专项资金中,安排一部分资金专门支持和鼓励示范区的浅层地热能的开发利用。

(5)制定相关的技术标准、规范,规范浅层地热能资源的开发利用。2005年11月建设部、国家质检局已联合发布了GB50366-2005地源热泵系统工程技术规范,该规范适用于以岩土体、地下水、地表水为低温热源,以水或添加防冻剂的水溶液为传热介质,采用蒸汽压缩机热泵技术进行供热、空调或加热生活热水的系统工程设计、施工及验收。它的发布与实施,将有利于浅层地热能开发利用工程设计质量的统一。当前,亟需制定和出台浅层地热能勘查评价、浅层地热能地质环境影响评价等技术规范和标准,以规范浅层地热能资源的勘查评价、地源热泵埋管设计、地质环境影响评价等行为,提高浅层地热能的开发利用水平。

(6)开展浅层地热能开发利用示范工程地下换热系统动态监测工作。在已开发利用浅层地热能的地区,选择不同类型的开发利用典型地区,开展地下换热系统的动态监测,进行地下场地水、热均衡动态长期监测和研究,积累数据,为浅层地热能的评价、地下换热系统工程的优化设计、完善标准、保护资源环境提供依据。

(7)建立和完善浅层地热能开发利用数据库及信息系统:浅层地热能开发利用的地下换热系统工程深埋地下,是永久性工程,有的地面建筑物消失了,地下换热系统(地埋管、水源井等)还将长期保存于地下深处,对当地环境和后人的生产、生活等活动有潜在的影响。为加强浅层地热能开发利用的管理与资源的保护,应及早建立全国及省(区、市)浅层地热能开发利用地下热交换工程数据库及信息系统。

⑶ 浅层地热能开发利用区划

笔者在收集了河南省各城市大量的地质、水文地质资料后,根据各城市的水文地质特征,按照地下水热泵、地埋管热泵适宜性的分区标准,对河南省各城市进行了浅层地热能的不同利用形式的适宜性进行了开发利用区划。结果见表6-10及图6-29至图6-46。

由表6-10看出,浅层地热能利用方式在不同地质条件下的适宜性既存在一定的差异也存在一定的联系。地下水换热的适宜性主要考虑的是良好的水文地质条件,如单井的出水量和回灌量;地埋管换热的经济性主要考虑的是影响成井经济性的地质因素,如地层结构、颗粒度等。两者考虑的因素具有相同部分,如地层的渗透性、水位埋深、径流大小等,只是考虑的侧重点不同。同时存在不同的部分,如地埋管热泵经济性主要考虑地层可钻性以及基岩埋深,而不考虑地层的回灌能力。所以一般在地下水热泵适宜的地区地埋管热泵的经济性不是最好的.在地埋管热泵经济性最好的地区地下水热泵适宜性一般,二者有一定的互补性。在过渡地带二者的适用性相差不大,可以综合考虑多种因素(包括非地质因素)来决定该地区的浅层地热能开发利用方式。

表6-10 河南省城市地埋管热泵系统应用适宜性评价结果表

图6-12 郑州市浅层地热能适宜性分区图

a—地下水源热泵系统;b—地埋管热泵系统

适宜区生产能力:强,采回比:1:1或1:2,井深:80~100m;较适宜区生产能力:一般,采回比;1:2或1:3,井深90~160m;不适宜区生产能力:弱

图6-13 开封市浅层地热能适宜性分区图

a—地下水源热泵系统;b—地埋管热泵系统较适宜区生产能力:强,采回比:1:2,井深80~160m;不适宜区生产能力:弱

图6-14 洛阳市浅层地热能适宜性分区图

a—地下水源热泵系统;b—地埋管热泵系统

适宜区生产能力:极强,采回比;1:1,井深:90~150m,较适宜区生产能力:强,采回比:1:1或1:2,井深100~150m;不适宜区生产能力:弱

图6-15 平顶山市浅层地热能适宜性分区图

a—地下水源热泵系统,b—地埋管热泵系统

图6-16 安阳市浅层地热能适宜性分区图

a—地下水源热泵系统;b—地埋管热泵系统

适宜区生产能力:极强,采回比:1:1,井深:65~85m;较适宜区生产能力:强,采回比:1:2,井深65~85m;不适宜区生产能力:弱

图6-17 鹤壁市浅层地热能适宜性分区图

a—地下水源热泵系统;b—地埋管热泵系统

图6-18 新乡市浅层地热能适宜性分区图

a —地下水源热泵系统;b—地埋管热泵系统

适宜区生产能力:强,采回比:1:2,井深:90~100m;不适宜区生产能力:弱

图6-19 焦作市浅层地热能适宜性分区图

a 地下水源热泵系统;b—地埋管热泵系统

较适宜区生产能力:强,采回比:1:2,井深 80~130m;不适宜区生产能力:弱

图6-20 濮阳市浅层地热能适宜性分区图

a 地下水源热泵系统;b—地埋管热泵系统

较适宜区生产能力:一般.采回比:1:3,井深:90~140m;不适宜区生产能力:弱

图6-21 许昌市浅层地热能适宜性分区图

a—地下水源热泵系统:b—地埋管热泵系统

较适宜区生产能力:一般,采回比:1:3,井深:130~160m;不适宜区生产能力:弱

图6-22 漯河市浅层地热能适宜性分区图

a—地下水源热泵系统:b—地埋管热泵系统

较适宜区生产能力:一般,采回比:1:3,井深:100~150m;不适宜区生产能力:弱

图6-23 三门峡市浅层地热能适宜性分区图

a—地下水源热泵系统;b—地埋管热泵系统

图6-24 南阳市浅层地热能适宜性分区图

a—地下水源热泵系统;b—地埋管热泵系统

适宜区生产能力:强,采回比:1:1,井深:100~160m;较适宜区生产能力:一般.采回比:1:1或1:2,井深120~160m;不适宜区生产能力:弱

图6-25 商丘市浅层地热能适宜性分区图

a—地下水源热泵系统;b—地埋管热泵系统

图6-26 信阳市浅层地热能适宜性分区图

a —地下水源热泵系统;b—地埋管热泵系统

图6-27 周口市浅层地热能适宜性分区图

a 地下水源热泵系统;b—地埋管热泵系统

较适宜区生产能力:一般,采回比:1:3,井深110~l80m;不适宜区生产能力:弱

图6-28 驻马店市浅层地热能适宜性分区图

a—地下水源热泵系统;b—地埋管热泵系统

图6-29 济源市浅层地热能适宜性分区图

a—地下水源热泵系统;b—地埋管热泵系统

表6-11 浅层地热能开发利用区划表

续表

续表

续表

续表

图6-30 郑州市浅层地热能开发利用区划图

图6-31 开封市浅层地热能开发利用区划图

图6-32 洛阳市浅层地热能开发利用区划图

图6-33 平顶山市浅层浅层地热能开发利用区划图

图6-34 安阳市浅层地热能开发利用区划图

图6-35 鹤壁市浅层地热能开发利用区划图

图6-36 新乡市浅层地热能开发利用区划图

图6-37 焦作市浅层地热能开发利用区划图

图6-38 濮阳市浅层地热能开发利用区划图

图6-39 许昌市浅层地热能开发利用区划图

图6-40 漯河市浅层地热能开发利用区划图

图6-41 三门峡市浅层地热能开发利用区划图

图6-42 南阳市浅层地热能开发利用区划图

图6-43 商丘市浅层地热能开发利用区划图

图6-44 信阳市浅层地热能开发利用区划图

图6-45 周口市浅层地热能开发利用区划图

图6-46 驻马店市浅层地热能开发利用区划图

图6-47 济源市浅层地热能开发利用区划图

河南省城市浅层地热能开发利用适宜区分布情况如下。

1.郑州市

郑州市地下水源热泵、地埋管热泵均适宜区总面积为784.47km2,主要分布在京广铁路以东城区、郑东新区的黄河冲积平原和中原区、高新区的黄土塬间平原大部地区;地埋管热泵适宜区总面积为116.23km2,主要分布在北郊黄河滩区地下水水源区、西部黄土塬间平原、北部黄土台塬;地下水源热泵、地埋管热泵均不适宜区总面积为110.53km2,主要分布在市区西南部的马寨、侯寨黄土台源一带。

2.开封市

开封市地下水源热泵、地埋管热泵均适宜区总面积为297.40km2,主要分布在城市规划区内大部分黄河冲积平原;地埋管热泵适宜区总面积为76.04km2,主要分布在北部柳园口以北的黄河滩区,中部龙亭到前台,南部西御林、火神庙的黄河冲积平原河间带。

3.洛阳市

洛阳市地下水源热泵适宜区总面积为300.18km2,主要分布在洛北的洛河一、二级阶地,涧河三级阶地,洛南的伊-洛河河间地块东部;地埋管热泵适宜区总面积为159.12km2,主要分布在邙山、南山、龙门山的黄土台塬和丘陵区。

4 .平顶山市

平顶山市地下水源热泵、地埋管热泵均适宜区总面积为159.05km2,主要分布在市区南部的沙河冲积平原;地下水源热泵适宜区总面积为27.42km2,主要分布在市区西南靠近白龟山水库一带、WN—ES方向呈条带状、点状分布的岩溶水区:地下水源热泵、地埋管热泵均不适宜区总面积为276.28km2,主要分布在市区及北部矿区的丘陵、山前坡洪积平原一带。

5.安阳市

安阳市地下水源热泵适宜区总面积为183.77km2,主要分布在建成区到安阳西站的安阳河冲洪积扇及北部漳河洪积扇;地埋管热泵适宜区总面积为156.33km2,主要分布在市区外围的安阳河冲洪积扇前缘地带;地下水源热泵、地埋管热泵均不适宜区总面积为191.89km2,主要分布在南部龙泉镇到马头涧一带的丘陵区。

6.鹤壁市

鹤壁市地下水源热泵、地埋管热泵均适宜区总面积为97.93km2,主要分布在淇滨新区断陷洼地和淇河冲洪积扇;地下水源热泵适宜区总面积为140.47km2,主要分布在庞村镇至高村镇的淇河冲洪积扇群;地埋管热泵适宜区总面积为39.42km2,主要分布在淇滨新区东部呈NNE向展布的岗地;地下水源热泵、地埋管热泵均不适宜区总面积为494.08km2,主要分布在鹤山区、山城区的侵蚀剥蚀低山地丘陵。

7.新乡市

新乡市地下水源热泵、地埋管热泵均适宜区总面积为512.50km2.主要分布在建成区及其南部黄河冲积平原;地下水源热泵适宜区总面积为41.60km2.主要分布在北部凤、泉区堡上及凤凰山一带的奥陶系灰岩裂隙岩溶水;地埋管热泵适宜区总面积为281.89km2,主要分布在共产主义渠两侧交接洼地。

8.焦作市

焦作市地下水源热泵适宜区总面积为359.78km2,主要分布在市区及其中部、北部的坡洪积斜地、扇、扇前(间)洼地;地埋管热泵适宜区总面积为125.81km2,主要分布在市区南部沁河冲积平原;地下水源热泵、地埋管热泵均不适宜区总面积为295.20km2.主要分布在市区北部的基岩山区。

9.灌阳市

濮阳市地下水源热泵、地埋管热泵均适宜区总面积为487.24km2,主要分布在市区西部的黄河冲积平原大部;地埋管热泵适宜区总面积为120.45km2,主要分布在市区东部黄河冲 积平原。

10.许昌市

许昌市地下水源热泵、地埋管热泵均适宜区总面积为37.20km2,主要分布在市区南部的双洎河—清沂河冲积平原:地埋管热泵适宜区总面积为196.09km2,主要分布在市区及其北部一带双洎河—清沂河冲积平原的弱富水区。

11.漯河市

漯河市地下水源热泵、地埋管热泵均适宜区总面积为112.06km2.主要分布在东部昭陵区一带的沙颍河冲洪积平原;地埋管热泵适宜区总面积为247.79km2,主要分布在市区及郾城区一带沙颍河冲洪积平原的弱富水区。

12.三门峡市

三 门峡市地下水源热泵、地埋管热泵均适宜区总面积为129.20km2,主要分布在市区的青龙涧河、苍龙涧河和宏农涧河河谷及阶地,市区南部山前冲洪积扇、黄土梁峁;地下水源热泵适宜区总面积为54.66km2,主要分布在三门峡水库南侧的黄河阶地;地下水源热泵、地埋管热泵均不适宜区总面积为1.90km2,主要分布陕县温塘基岩山区。

13.南阳市

南阳市地下水源热泵、地埋管热泵均适宜区总面积为179.63km2,主要分布在市区西侧槐树清—卧龙岗一带及白河东部的白河冲积、洪积平原;地下水源热泵适宜区总面积为123.20km2,主要分布在市区及白河两岸的漫滩与阶地;地埋管热泵适宜区总面积为109.52km3,主要分布在市区西部周后王—靳岗一带剥蚀垄岗;地下水源热泵、地埋管热泵均不适宜区总面积为12.48km2,主要分布在市区北部侵入岩体的独山。

14.商丘市

商丘市地下水源热泵、地埋管热泵均适宜区总面积为102.25km2,主要分布在黄河冲积平原区的市区及其中部地下水漏斗区;地埋管热泵适宜区总面积为110.55km2,主要分布在市区外围的黄河冲积平原区。

15.信阳市

信阳市地下水源热泵适宜区总面积为32.54km2,主要分布在建成区及浉河河谷;地埋管热泵适宜区总面积为70.65km2,主要分布在市区北部豫南软岩分布丘陵岗地。

16.周口市

周口市地下水源热泵、地埋管热泵均适宜区总面积为124.60km2,主要分布在市区北部;地埋管热泵适宜区总面积为171.40km2,主要分布在市区及黄河冲积平原、沙颍河冲积平原。

17.驻马店市

驻马店市全区88.43km2均适宜地下水源热泵和地埋管热泵。

18.济源市

济源市地下水源热泵、地埋管热泵均适宜区总面积为315.15km2,主要分布在市区及其周边的漭河冲洪积平原;地下水源热泵适宜区总面积为26.58km2,主要分布在五龙口东部沁河口洪积扇;地埋管热泵适宜区总面积为228.11km2,主要分布在南部软岩组成的低山与丘陵区;地下水源热泵、地埋管热泵均不适宜区总面积为297.82km2,主要分布在西部、北部的低山与丘陵区。

⑷ 浅层地热能开发利用的世界现状及在我国的发展前景

郑克棪

(中国能源学会地热专业委员会)

摘要:在世界地热能直接利用中,应用地热热泵开发浅层地热能已在近些年内独占鳌头,其装机容量和利用能量均以每年超过20%的速度飞速增长,因为它适应了高效节能和环境保护的需要,而且经济可行、普遍适用。由此分析预测地热热泵也必将在我国具有远大的开发前景。

1 前言

2006年1月1日起我国《可再生能源法》开始实施,作为可再生能源之一的地热能可以而且应当做些什么呢?伴随着20世纪70年代世界石油危机而掀起的地热新能源开发,在30多年的发展历程中又发现了新的亮点,那就是利用浅层地热能的地热(地源)热泵开发技术。近10余年来的这一股世界潮流给我们指引出一条光明大道,地热(地源)热泵史无前例的高效率和高环保效益,也必将在我国有巨大的发展前景。地热工作者应该获得先知,掌握市场,为地热(地源)热泵系统的大发展做好准备,为中国地热在世界上的贡献继续努力。

2 地热热泵在世界上的大发展

五年一次的世界地热大会总是给我们带来世界地热现状的最新消息。在1995年意大利的世界地热大会上,有几篇文章尝试着总结了井下换热器、热泵和地下储热的技术状况和发展水平。然而,2000年日本和2005年土耳其的世界地热大会上,这一技术和应用就出现了突飞猛进的新局面。

在2000年,地热热泵在世界26个国家中共安装了50万台装置,总装机5275兆瓦热量(MWt),是1995年的2.84倍,平均每年增长23.3%,占世界地热直接利用总装机容量的34.8%,首次超过了地热供暖的份额(21.5%)。

从地热热泵利用的能量来说,2000年达6465GWh,5年内增长了59.2%,平均每年增长9.7%,它在地热直接利用的能量中占12.2%,尚未超过地热供暖的份额(22.5%)。

至2005年,世界上33个国家已安装了130万台地热热泵装置,总装机15723MWt,是2000年的2.98倍,每年增长24.4%,占世界地热直接利用总装机容量的56.5%,已是地热供暖份额(14.9%)的3.8倍。从地热热泵利用的能量来说,2005年达到24076GWh,是2000年的3.72倍,每年增长30%。它在地热直接利用的能量中已占到最大份额为33.2%,远远超过了地热供暖的份额(20.2%)。

地热热泵和地热供暖的统计详见表1和图1。其规律为:

表1 世界地源热泵和地热供暖十年的发展对比

注:占百分比指占世界地热直接利用总量的百分比。

图1 地源热泵和地热供暖的装机与能量对比

(1)地热热泵和地热供暖的装机容量与利用能量都是逐年增长的,只是地热热泵的增长速度更大,因此后来超过了地热供暖。

(2)地热热泵的增长速度,在1995~2000年间虽已高于地热供暖,但仍显相对缓慢,而在2000~2005年间其装机容量和利用能量均有高速的增长。地热供暖在该两段时期的增长速度相当。

(3)地热热泵单位装机容量的利用能量小,而地热供暖单位装机容量的利用能量大。在图1中可看出前者的二组图表差别不大,而后者的二组图表差别显著。

3 地热热泵的优势所在

地热热泵能成为世界上发展最快的可再生能源之一,其原因就在于它的高效率和无污染,而且经济可行、普遍适用。

(1)热泵机组的高效率在供暖模式上用运行系数COP来表示,它是输出能量与输入能量(电能)之比,目前热泵机组的COP一般都能达到3~4。这等于说,热泵的效率是300%~400%,而我们知道,空调机(空气-空气热泵)的效率是200%,电的效率是100%,燃油的效率是90%,燃煤的效率是55%,因此热泵的效率是最高的。热泵的效率为什么这么高?因为它消耗电能之外,另从低温的地下水或土壤中吸取了大量的能量。

(2)专家称,热泵作为供热装量可以减少全球6%以上的二氧化碳排放量,它是目前市场上可获得的减少二氧化碳排放量最大的单项技术之一。虽然热泵本身不排放二氧化碳,但电厂发电时的二氧化碳排放有1/3至1/4要算在热泵的账上,但没有其它污染产生。

(3)地热热泵利用浅层地温的能源只需要钻50~100m深的钻孔,有的地方或许需要200m深,但比起地热井要钻1000~3000m来就经济、简易得多。

(4)浅层地热能的资源条件到处具备,不像地热井那样受到地域局限,它基本上是普遍适用于世界各地,哪怕是寒带也无妨。

4 地热热泵在我国的发展前景

当前世界上地热热泵发展最快的主要是美国和西欧、北欧等国家。中国虽然是发展中国家,但我们现在已经具备了地热热泵发展所需的各项条件:

(1)现在我国经济实力强大,电力供应基本充足,虽然一些地区电力紧张,但电力建设都在规划和实施之中,每年都有发展。相对20世纪70年代开发地热之初,天津大学教授就提出了热泵技术,但当初电力供应紧张,所以只能免谈了。

(2)我国有相当丰富的浅层地热能资源,国土地理位置主要在温带,无论浅层地下水或土壤中的温度,利用100~200m深度就足够我们消耗。不像地处寒带的挪威,为了利用热泵,将取热的钻孔钻到了400m深度。

(3)社会发展和人民生活水平提高之后,冬季供暖和夏季制冷的需求日益强烈,像过去黄河以南有不供暖的“规定”早就不成为约束了。为了办公和生活条件的舒适,愿意将资金投在这方面。

(4)我们已经掌握了地热热泵的各项相关技术,虽然热泵中的关键部件高压压缩机目前主要依靠进口,但我国已有了国产热泵工厂,有大、中、小型产品,能设计安装,也有了国家标准GB50366-2005,也规定了应由具有勘察资质的专业队伍来承担工程勘察。这些都是有利于规范市场、有利于地热热泵产业发展的技术基础。

(5)适应于我国建设节约型社会和提倡环境保护的宗旨,地热热泵在世界上的公誉也必将在我国得到认可,得到大发展。

地热热泵在我国的发展现状,可以看一下北京的例子:北京地热勘查和开发进行了35年,地热供暖的面积现在共40万m2;但地热热泵在北京发展不足5年,现热泵供暖面积已超过400万m2

5 结语

利用地热热泵开发浅层地热能的技术和资源条件已经具备,热泵的最高效率和高度环保更赢得世界的青睐,因此,热泵技术和产业正在世界上得到高速发展。我国也已具备相应的发展条件,发展前景非常看好。

参考文献

D.H.Freeston.1995.Direct uses of geothermal energy 1995.Proceedings of the World Geothermal Congress 1995,Vol.1,15~25

John W.Lund and Derek H.Freeston.2000.World⁃wide direct uses of geothermal energy 2000.Proceedings World Geothermal Congress 2000,1~21

John W.Lund,Derek H.Freeston and Tonya L.Boyd.2005.World⁃wide direct uses of geothermal energy 2005.Proceedings World Geothermal Congress 2005,No.0007,1~20

R.Curtis,J.Lund,B.Sanner,L.Rybach,G.Hellstrom.2005.Ground source heat pumps ⁃geothermal energy for anyone,anywhere:current worldwide activity.Proceedings World Geothermal Congress 2005,No.1437,1~9

⑸ 浅层地温能开发利用发展迅速

随着我国国民经济的快速增长,我国的能源形势日趋严峻,特别是年以来,国际能源供求关系失衡,石油价格飞涨,加剧了我国能源的紧张局面。加之我国能源生产的增长速度远低于国民经济发展的增长速度,能源的增长远远不能满足国民经济发展的需要。浅层地温能恰恰是一种清洁、价廉、丰富的新型能源,能够弥补能源的不足。20世纪90年代后期浅层地温能开发利用得到快速发展,为北京、沈阳等大城市节能、减排工作作出了贡献。目前,北京已有1300×104m2的建筑利用浅层地温能供暖制冷,沈阳已超过2000×104m2。据不完全统计,全国浅层地温能服务面积超过了6000×104m2。在北京、沈阳的带动下,全国范围内的浅层地温能资源开发利用的热潮即将到来。从地理条件看,浅层地温能供暖既可以用于海拔4000m以上的青藏高原,也可以用于气候严寒的黑龙江流域,在我国各个地区都可以发挥节能环保的作用。从建筑类型看,浅层地温能供暖现已广泛应用于办公楼、宾馆、学校、医院、营房、住宅、工厂等。随着社会对这一供暖方式的接受,预计今后浅层地温能供暖制冷的使用面积还会进一步增长。

浅层地温能存在的本质是冬、夏两季地层中比较恒定的温度与外界空气存在较大的反向温差。在合理布局、科学开采的情况下,浅层地温能是一种取之不尽、用之不竭的自然资源,热泵技术使浅层地温能的开发利用成为可能,可供人类长期使用。任何资源都有开采强度的限制,特别是大多数可再生能源都具有分散、低品位的特性,有些还受季节或再生周期的限制,因此资源的勘查评价是合理开发利用的基础。浅层地温能是存在于地下隐蔽地质体中的一种无形自然资源,地质条件对其开发利用起着举足轻重的作用,所以有必要采取专门的勘查方法对其进行资源量的估算和开发适宜性的评估。

⑹ 浅层地温能发展的特有优势

浅层地温能资源具有可再生、储量大、清洁环保和可用性强等特点,是一种新型的优质环保能源。与深层地热相比,浅层地温能分布广泛、储量巨大、再生迅速、采集方便,开发利用价值更大。

浅层地温能指地下常温层以下至200m左右的地温资源。其分布面积更广,资源潜力巨大。

地下浅部地层(-15~200m)是一个庞大的恒温系统,通常地下-15m以下的温度一年四季稳定,冬、夏两季地下地层与外界空气存在反向温差,是一种取之不尽,用之不竭的自然资源,可供人类长期使用。地(水)源热泵使浅层地温能的开发利用成为可能,20世纪90年代后期得到快速发展,为北京、沈阳等大城市节能、减排工作作出了贡献。在北京、沈阳的带动下,全国范围内的浅层地温能资源开发利用的热潮即将到来。但是,由于浅层地温能资源调查、评价、技术标准和开发利用相关技术研究的薄弱,我国浅层地温能资源的分布、资源量家底不清,使浅层地温能开发利用受到很大限制并存在很大风险。因此开展浅层地温能资源调查、评价和开发利用相关技术研究是政府部门做好浅层地温能开发利用规划和管理的基础性工作,是保证浅层地温能资源可持续开发利用,缓解我国能源紧张状况和改善大气质量的重要工作,是完成节能、减排目标的关键技术手段之一。

⑺ 北京地区浅层地温能资源开发利用存在的主要问题

北京地区浅层地温能开发利用中存在以下问题:

1.在不适宜的地区建设了地下水热泵系统。

地下水地源热泵需根据循环水量的大小及当地水文地质条件开凿一定数量的抽、灌井以实现换热后的地下水全部、同层回灌。因此,地下地下水热泵项目能否运行的关键是在一定技术、经济条件下,项目所在区域水文地质条件能否满足项目所需的循环水量。简单地讲,就是能否“抽得出、灌得进”。

然而,在调查中我们发现,北京地区已建地下水地源热泵项目位于冲洪积扇下部或水文地质条件较差的项目占项目总数的28.2%(表3-7),反映出地下水地源热泵项目在开发初期具有一定的盲目性。

表3-7冲洪积扇下部或水文地质条件较差地下水项目数量统计表

如北京市通州区某学院地下水热泵项目,服务面积12×104m2,位于永定河古河道冲洪积扇的下游,水文地质条件较差,单井出水量约50m3/h,回灌量不足抽水量的30%,且水质分析结果显示Fe2+超标,易导致化学沉淀堵塞,非常不适宜采用地下水地源热泵项目。另外,该项目类型为学校,其占地面积较大,绿地面积也较大,适宜采用地埋管地源热泵项目,但该项目却采用了地下水地源热泵技术,且设计施工了46眼单井抽灌井,方案选择明显不合理。

方案选择不合理的深层次原因是:

(1)在浅层地温能资源开发初期,研究工作尚处于摸索阶段,对工程实践指导不力,且北京地区尚未进行浅层地温能资源开发利用规划和地下水地源热泵项目适宜区、基本适宜区和非适宜区的划分;

(2)在未进行充分的水文地质勘察基础上,项目设计和施工单位盲目设计和施工,忽略或不重视水文地质勘察是地下水地源热泵技术的核心这一基本事实。

2.项目前期未进行详细的浅层地温能资源勘察

《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,应进行工程场地状况调查,并应对浅层温能资源进行勘察。然而,北京地区浅层地温能资源开发始于2000年,而《地源热泵系统工程技术规范》颁布于2005年。因此,在实地调查中,发现不少项目因前期勘察不充分面临诸多困境,甚至无法运行。

如位于永定河冲洪积扇中上部的北京市丰台区,该区第四系地层以砂卵砾石层为主,水文地质条件优越,富水性强,渗透性和地层回灌能力强,非常适宜做地下水热泵工程,但该区第四系厚度不足40m,而地下水埋深已达30m左右,部分地区含水层厚度仅余1~2m,出现了无水可取的局面,导致部分项目已无法正常运行。

如位于潮白河冲洪积扇中下部的顺义城区某宾馆地下水地源热泵项目,经水质化验结果显示,其铁、锰离子严重超标,导致回灌井因化学沉淀频繁堵塞,项目无法正常运行。

如位于永定河冲洪积扇中下部的朝阳区某大厦地下水地源热泵项目,该区水文地质条件较差,出水量一般,回灌量一般只有出水量的40%左右,抽灌井比例一般在1:2~1:3,但该项目抽灌井比例为1:1,地下水无法全部回灌,不得不将珍贵的地下水排入下水道,严重浪费了地下水资源。延庆县某医院地下地下水热泵项目也因地下水无法全部回灌而不得不进行改造。

3.浅层地温能资源开发利用设计缺乏经验

众所周知,地源热泵技术由暖通空调技术、热泵机组技术和地质勘查技术组成。在单个领域,上述三项技术均非常成熟,但将三项技术有机组合在一起的地源热泵技术却面临着经验不足等问题。

如北京市海淀区某大厦地下水热泵项目,服务面积3.5×104m2,位于永定冲洪积扇的中上部,水文地质条件优越,单井出水量可达200m3/h,采用异井抽灌工艺,一抽一灌或一抽二灌就可满足项目要求,但该项目采用同井抽灌工艺,项目运行中出现了“热突破”现象,导致夏季空调系统无法运行,不得不重新改造地下换热系统。

北京市朝阳区某娱乐城地埋管地源热泵项目原设计施工60眼地埋管孔,经实际运行后发现地埋管孔换热能力不足,不得不再增加施工60眼地埋管孔,但增加后循环泵功率又不够,水力平衡也存在问题,系统一直运行不够稳定。目前,北京地区地埋管地源热泵单延长米换热能力与土壤导热系数仍处于利用经验值阶段,在最初设计的方案中,换热能力估计为80W/m,之后降为60W/m,最后降为22W/m,现在基本确定在40~50W/m,很明显这些参数应该通过大量实测以后克服目前的经验不足。

4.地质环境系统的变化。

由于对开发利用项目周围的地质环境监测不够,对运行时由地下水交叉污染造成的、水质和水温的变化不能及时得到了解。

⑻ 天津浅层地温能开发利用前景

程万庆1林建旺1韩金树2王坤2刘洋1

(1.天津地热勘查开发设计院;2.天津市国土资源和房屋管理局)

摘要:天津经济建设速度的不断加快,能源需求日益增大,浅层地热能作为地热开发的新领域,其开发利用必将对缓解天津能源供求紧张形势起到积极的作用。通过现有研究资料分析,认为天津地区浅层地热能储量丰富,开发利用前景广阔。

1 前言

地热资源属于可再生能源,据史料记载,我国开发利用地热已有2000多年的历史,是世界上利用地热资源较早的国家之一。自从20世纪70年代,我国开始勘查与开发地热资源,其开发利用发展迅速,利用领域涉及发电、供暖、医疗、洗浴以及工农业生产等,取得了显著的经济、社会和环境效益。尤其是90年代以来,在市场经济需求和利用技术不断发展的推动下,地热资源开发利用得到了更加蓬勃发展,应用范围日益广泛。随着常规能源日益缺乏,地热能等可再生能源的开发利用得到了全世界的重视。2006年1月1日起施行的《中华人民共和国可再生能源法》,将可再生能源的开发利用列为能源的优先领域。

浅层地热能属于地热资源的一部分,指蕴藏在浅层岩土体和地下水中的低温地热资源。在过去的30年里,限于利用技术水平,只注重深部高温位地热能的开发。由于打深井费用偏高,风险大,而地热需求越来越旺盛,随着开发利用新技术的不断出现,人们开始注意浅层低温位地热资源,发现这里也储存着巨大的能源。近几年,浅层地热能利用技术在欧美等发达国家已经很成熟,并得到了广泛应用。在我国则处于起步阶段,尚未对浅层地热能进行系统的勘查评价,开发利用技术有待提高。因此,国土资发[2005]288号文将浅层地热能调查和评价及开发利用方案的试点作为近期国土资源部将开采的地热重点工作之一。

当前,能源供应不足,已经成为制约天津市经济、社会发展的突出矛盾。自20世纪70年代起开始地热勘查和开发利用,地热已经成为天津市重要的补充能源,在一定程度上缓解了能源供求紧张的形势。但随着大规模开发利用造成高品位地热资源的供给不足,急需寻找新的资源,因此,浅层地热能成为今后几年地热开发利用的重点。浅层地热能的勘查和开发在天津基本上还属于空白,而这一部分地热资源潜力巨大,因此,加大加快浅层地热能资源勘查、开发的力度必将对缓解天津能源供求紧张形势起到积极的作用。

2 天津市平原区浅层地温场特征

图1 天津地区浅层地温梯度等值线图

天津市以平原为主,面积占全市总面积的93.7%左右。平原区沉积较厚的新生代松散地层,由于厚度大、比热容高、热传导系数低,而天津地区热流值相对较大,因此,赋存了大量的热量,为浅层地热能的开发利用奠定了基础条件。

地壳的最上部称变温层,是接受太阳辐射能最多的处所,特点是温度随太阳能辐射的大小,有季节性、早晚和晴雨的变化。夏季、中午其顶部可高于30℃,向下温度逐渐降低;冬季凌晨顶部可低于0℃,向下温度逐渐增高。晴天的变化大于阴雨天。变温带之下为恒温层,指一定深度范围内地温常年保持相对恒定的带,天津地区恒温带深度为30m,温度为13.5℃。再下为地热增温带,即以一定的速率向下增温。这种速率又称地温梯度,以每100m增加多少度为单位。在天津地热勘查工作中将地温梯度大于3.5℃/100m称为地热异常。根据天津地热勘查工作中的测温资料可圈出10个地热异常区(见图1),地温梯度在4.5~8.8℃/100m,面积2328km2。其它地区地温梯度一般在2.0~3.5℃/100m。我国目前开发利用浅层地热能的深度在200m,按照一定深度的地温计算公式计算(见公式1):天津平原区200m深度的温度,在地热异常区为21~28℃,在非地热异常区为17~19℃。随着技术经济条件的提高,利用深度不断增加,则可利用的地热能将会更多。

浅层地热能:全国地热(浅层地热能)开发利用现场经验交流会论文集

式中:T为计算深度的温度(℃);D1为计算深度(m);Gi为盖层平均地温梯度(℃/100m);D2为恒温层埋深(m);T0为恒温层温度(℃)。

3 天津市浅层地下水资源

天津市南部平原区广泛分布新生代的松散沉积物,第四系与新近系含水层可分为5层。第Ⅰ含水组相当于全新统和上更新统(Q4+3),底界深度一般在70m以上。第Ⅱ含水组相当于中更新统(Q2),底界深度在180~220m。第Ⅲ含水组大致相当于下更新统上段(

),底界深度290~310m,第Ⅳ含水组相当于下更新统下段,在隆起区尚包括部分新近系含水组(

),底界深度370~430m。第Ⅴ含水组为新近系含水组(N2),底界埋深为520~560m。第Ⅰ含水组属于浅层地下水。

第Ⅱ—Ⅴ含水组属深层地下水(表1)。根据天津市地下水资源新一轮评价结果,五层含水组地下水天然资源为18.13×108m3/a,据水文地质条件分析和水资源的多次论证,天津地区有多年稳定补给的地下水资源量,可持续利用的水资源(7~8)×108m3/a。

根据以往地热勘查工作中对天津市平原区近百眼深度在200m左右的浅井的测温资料,水温在17~28℃,由于其温度变化不大,这五个含水层所占据部位的水和气,就成为巨大的能源库,随着低温利用技术的成熟,规模开发利用这部分能源的时机已经成熟。

4 浅层地热能利用技术

热泵是先进的热能利用与节能设备,能有效地利用空气、水体和土壤中蕴藏的低温热能,其具有环保、稳定、高效节能、节省占地空间、低维护、运行费用低和减少环境污染等优点。近年来在世界地热能直接利用中,应用热泵开发浅层地热能已独占鳌头,其装机容量和利用能量均以每年超过20%的速度增长,至2005年,全世界有33个国家已安装了130万台热泵,总装机容量15723MWt。目前浅层地温的利用技术在欧美等发达国家已经很成熟,并得到广泛的应用。我国浅层地热能的开发利用起步较晚,20世纪90年代开始研究和推广地源热泵系统浅层地热能的开发利用技术,2000年以来在全国得到普遍推广。2005年11月中华人民共和国建设部和国家质量监督检验检疫总局联合发布了《地源热泵系统工程技术规范》以指导热泵系统工程的建设。

表1 天津市平原区第四系和部分新近系含水层组划分及各组水文地质特征表

天津有相当丰富的浅层地热能资源,社会发展和人民生活水平不断提高,目前在天津已有多个工程在利用地源热泵系统解决供暖、制冷问题,如梅江居住区、开发区海滨大道、国家安全局资料档案馆、塘沽凯华商业广场等,为天津浅层地热能的开发利用提供了借鉴。因此天津利用热泵开发浅层地热能的技术和资源条件已基本具备,发展前景非常看好。并且在当前能源形势十分严峻的情况下,积极推广热泵技术,规模开发浅层地热能,具有重要的现实意义。

参考文献

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[2]天津地热勘查开发设计院.天津热储工程研究.2005

[3]陈墨香等.华北地热.科学出版社,1988

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[5]郑克棪.浅层地热能开发利用的世界现状及在我国的发展前景.全国地热热泵技术培训班教材.2006

⑼ 浅层地热能开发利用是否需要资源开发费

近年来,浅层地热能开发利用得到迅速发展,成为节能减排大军中一股不可忽视的力量。北京约有2000万m2的建筑利用浅层地热能供暖和制冷,沈阳市已超过4300万m2。

近年来,浅层地热能开发利用得到迅速发展,成为节能减排大军中一股不可忽视的力量。北京约有2000万m2的建筑利用浅层地热能供暖和制冷,沈阳市已超过4300万m2。北京国家大剧院和奥运村、上海世博会等标志性工程都使用了地源热泵系统。作为可再生能源之一,浅层地热能开发利用工作将成为城市地质工作中的重要部分,做好城市地质工作中浅层地热能开发利用工作,对生态城市建设和节能环保发展具有十分重要的意义。
一、我国浅层地热能
(一) 浅层地热能资源
地热能是可再生的清洁能源,按照埋藏深度,200米以浅的称为浅层地热能,浅层地热能的温度略高于当地平均气温3~5 ℃,温度比较稳定,分布广泛,开发利用方便,具有十分广阔的开发利用前景。浅层地热能的利用,主要是通过热泵技术的热交换方式,将赋存于地层中的低品位热源转化为可以利用的高品位热源,既可以供热,又可以制冷。开发浅层地热能,可以改善我国能源消费结构,减少二氧化碳排放。
(二)我国浅层地热能应用潜力
我国浅层地热能资源十分丰富。最新数据表明,我国287个地级以上城市浅层地热能资源量为每年2.78×1020J,相当于95亿吨标准煤。每年浅层地热能可利用资源量为2.89×1012kWh,相当于3.56亿吨标准煤。扣除开发消耗电量,则每年可节能2.02×1012kWh,相当于标准煤2.48亿吨,减少二氧化碳排放6.52亿吨。到2015年,我国利用的浅层地热能资源量将达到4.26×1011kWh,相当于5269万吨标准煤(占我国浅层地热能可利用资源总量的14.8%)。
(三)地源热泵技术
地源热泵技术的进步是带动浅层地热能开发利用的关键因素,实践证明,利用地源热泵技术开发浅层地热能是实现节能减排十分有效的途径。
1912年瑞士人首先提出了地源热泵技术,1946年第一个地源热泵系统在美国俄勒冈州诞生。1974年起,瑞士、荷兰和瑞典等国政府逐步资助建立了示范工程。20世纪80年代后期,地源热泵技术日臻成熟,其节能和减排效果得到了普遍认可。2010年世界地热大会的统计数据,地源热泵的年利用能量达到了214782 TJ(1012焦耳),与2005年世界地热大会的统计数据相比,五年内增长了2.45倍,平均年增长率达到了19.7%。2010年世界地热大会的统计的地源热泵的设备容量为35236 MWt(兆瓦热量),其在五年间增长了2.29倍,平均年增长率为18.0%。
二、浅层地热能开发利用现状
我国起步较晚,九十年代才引入地源热泵技术。清华大学徐秉业教授把这项技术引入中国,从此开启了地源热泵技术在中国的发展潮流。我国利用地源热泵技术开发浅层地热能与国外相比,虽然起步晚,但发展很快,其范围之广、规模之大已远超国外。据初步统计,目前在全国范围内,除港澳台地区外,31个省、市、直辖市、自治区均有开发浅层地热能的地源热泵系统工程。应用浅层地热能供暖制冷的建筑物面积1.4亿m2,浅层地热能供暖、制冷的单位(住宅小区、学校、工厂等)约3400个,80%集中在华北和东北南部地区,包括北京、天津、河北、辽宁、河南、山东等省市。北京约有2000万m2的建筑利用浅层地热能供暖和制冷,沈阳已超过4300万m2。据估算,2010年浅层地热能的开发利用,使我国二氧化碳减排约2200万吨。
(一) 政策推广
为促进浅层地热能开发利用,北京市、沈阳市和国家有关部门先后出台了有关文件。2006年5月,北京市发改委等九个部门联合印发了《北京市关于发展热泵系统的指导意见》,对选用地下(表)水地源热泵的每平方米补助35元,选用地埋管地源热泵和再生水地源热泵的,每平方米补助50元。2007年7月,沈阳市出台了《地源热泵系统建设应用管理办法》,凡符合城市供热规划和地源热泵技术推广应用规划要求,并具备应用地源热泵技术条件的新建、改建、扩建项目,以及耗能大的单位,应当建立地源热泵系统。
2009年7月,财政部、住房城乡建设部下发了《关于印发可再生能源建筑应用城市示范实施方案的通知》,对纳入示范的城市,中央财政将予以专项补助5000万元;对推广应用面积大,技术类型先进适用,能源替代效果好,能力建设突出,资金运用实现创新,将相应调增补助额度,每个示范城市资金补助最高不超过8000万元。《通知》中的“可再生能源”即为太阳能和浅层地热能。
此外,各地方政府也先后出台了一系列发展地源热泵技术的相关政策和措施。
(二)浅层地热能资源调查评价
浅层地热能资源调查评价是浅层地热能利用的基础工作,决定浅层地热能利用的科学性和可持续性。2008年,国土资源部在全国启动了浅层地热能调查评价试点工作,并于当年印发了《关于大力推进浅层地温能开发利用的通知》,发布了《浅层地温能勘查技术规范》,成立了浅层地温能研究推广中心。国土资源部在2009年制定的《国土资源系统应对全球气候变化工作方案》和2010年印发的《关于做好“应对全球气候变化地质响应与对策”有关工作的通知》中,又对浅层地热能调查评价与开发利用工作进行了再部署。
自2008年国土资源部下发了开展浅层地热资源调查工作通知后,全国各省(自治区、直辖市)市根据《浅层地温能勘查技术规范》分别对辖区内适宜开发利用浅层地热能的主要大中城市,以及经济发展规划区开展浅层地热能调查。
目前,此项工作已经在各省、自治区、直辖市国土资源系统进行。现已经完成的有北京市、河北省和天津市等。
重要成果:天津浅层地热资源调查评价工作
2009年至2010年,国土资源部和天津市联合开展了“天津市浅层地温能调查评价与开发利用”试点工作。试点工作包括浅层地热能调查评价、开发利用规划编制、地热动态监测网建设和浅层地热能利用示范工程建设等四项工作,试点工作取得了一系列重要成果。
一是全面完成了天津市浅层地热能资源调查,查明了天津市浅层地热能分布特点和赋存条件,评价了资源量和开发利用潜力。计算出浅层地热能的可利用资源量为1748万亿kJ,冬季可供暖面积13.4亿m2,夏季可制冷面积12.6亿m2。每年浅层地热能可利用资源量全部开发可节约标准煤5974万吨,扣除开采的电能消耗,可节约标准煤4480万吨,减少向大气排放二氧化碳等1.17亿吨,减少环境治理费用15.32亿元。
二是在调查评价的基础上,结合天津市社会经济发展、城市建设和土地利用规划,编制完成了天津市浅层地温能资源开发利用规划,划定了开发适宜区,分别圈定了适宜地下水、地埋管开发方式的地段,提出了合理的开发利用规模。
三是实施了梅江会展中心等10个具有代表性的浅层地热能开发利用示范工程。通过示范工程建设,提出了工程建设与管理的标准和要求,为浅层地热能开发利用规范化建设提供了依据。10个示范工程项目总供热、制冷面积约100万m2,建成后每年可节约标准煤4万吨,减少排放二氧化碳等10万吨。
四是建立了由12个动态监测站、1个试验场和1个试验研究基地组成的浅层地热能动态监测网,制定了《地埋管地源热泵动态监测技术规程》。
五是为实现统一管理、科学规划、有序开发、合理利用浅层地热能资源,全面系统地开展了政策研究工作,完成了《浅层地热能资源开发利用相关政策研究》报告和《关于推进天津市浅层地温能开发利用工作的建议》。
(三)可再生能源建筑应用项目示范及城市示范
住房城乡建设部2006年启动了可再生能源建筑应用示范项目,示范项目具有典型性、代表性,技术类型上以太阳能和浅层地热能为主。到现在为止成功实行了四批示范项目。四批示范项目371个,第一批25个,第二批57个,第三批130个,第四批159个,总补贴金额约26亿元。
住房城乡建设部2009年启动了可再生能源建筑应用城市示范,对纳入示范的城市,中央财政将予以专项补助。目前,纳入示范的城市有44个,资金补助基准为每个示范城市5000万元,具体根据2年内应用面积、推广技术类型、能源替代效果、能力建设情况等因素综合核定,切块到省。推广应用面积大,技术类型先进适用,能源替代效果好,能力建设突出,资金运用实现创新,将相应调增补助额度,每个示范城市资金补助最高不超过8000万元;相反,将相应调减补助额度。
(四)存在问题
由于浅层地热能利用较传统地热资源利用发展晚,且涉及多领域、多行业,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》(GB 50366-2005)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套(无测压管、多无精滤装置)。热泵系统安装密封性差,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确定存在较大的问题,特别是选用第1I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,近三分之一工程运行不回扬,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
近年来,全国各地建成了大量的地源热泵系统,但尚未建立地源热泵地下换热系统监测体系,缺少对地源热泵系统中温度、水位、水质等动态变化的监测,无法评价浅层地热能资源开发利用对地质环境的影响;大多数地源热泵工程系统中都没有安装必要的节能计量装置,如温度表、流量计、功率表等,使得项目的节能计算工作存在一定困难,同时也不便于管理部门的进一步节能评定工作。
三、浅层地热能开发利用发展趋势
(一) 继续推进浅层地热能资源调查评价工作
推进浅层地热能资源调查评价工作是地源热泵技术发展的基础,“十二五”期间,浅层地热能资源调查评价与开发利用工作将继续成为城市地质工作的重点。工作的主要任务是查明我国主要城市浅层地热能分布特点和赋存条件,评价资源量及开发利用潜力,编制开发利用规划,建立监测网络,推动浅层地热开发利用示范城市建设。
国土资源部“十二五”工作部署中,2012年前将完成省会级城市调查评价工作,2015年前完成地级市和部分重点县级城镇调查评价工作。2011年29个省会级城市浅层地热能调查评价项目年内分两批实施。第一批实施的城市包括石家庄、呼和浩特、沈阳、长春、杭州、合肥、济南、郑州、重庆、西安、兰州、乌鲁木齐等12个城市。第二批实施的城市包括太原、哈尔滨、上海、南京、福州、南昌、武汉、长沙、广州、南宁、海口、成都、贵阳、昆明、拉萨、西宁、银川等17个城市。
其目标是:
(1)初步查清主要大中城市的浅层地热能赋存、分布特征及相应的水文地质工程地质特征,测试岩土体热物性参数,估算可利用资源量。
(2)开展浅层地热能利用工程(地下水、地源热泵系统)适宜区划分。
(3)选择有代表性的1~2个城市建立监测实验区。对已运行工程进行地下(岩土、水)温度场的监测(至少1个运行周期)工作,评价地源热泵工程对地质环境的影响,同时记录运行工况和能耗,计算换热能效比,检验项目节能效果。
(4)制定相关技术标准,建立浅层地热能开发利用适宜区划分、评价数据库。为合理开发利用浅层地热资源提供基础数据,为政府宏观规划与科学管理提供决策依据。
(5)在调查评价的基础上,结合当地行政区域可再生能源开发利用中长期目标,编制完成主要城市(镇)浅层地热能开发利用专项规划。
(二) 加大科研实力和技术创新
加强相关技术研发与投入,提高浅层地热能利用效率。
(1)加强浅层岩土热物性测试的研究;
(2)建立不同地层热物性数据库;
(3)开展不同换热方式地下传热模型的模拟试验;
(4)建立地温场长期观测,包括换热井及周围地层温度、水位、水质以及换热(换冷)情况,了解(监测)其变化规律,特别是换热井回灌能力和温度恢复情况;
(5)观测地下换热系统的实际换热(换冷)效果,测量地层热流值及热传导系数。
(三)积极参与示范城市建设,带动浅层地热能资源开发利用
在对当地浅层地热资源调查评价的基础上,结合工程的具体地质环境,积极开展地源热泵技术的推广应用,建立符合本地实际需求的示范工程,并摸索方法,总结经验,逐步推广。积极申报“可再生能源示范城市”,参与示范城市建设,用好国家专项资金,稳步推进以城市为单位的浅层地热能开发利用工作。
利用地源热泵技术开发浅层地热能资源,为建筑物供暖制冷,是符合国家节能减排这一历史进程的。随着这项技术的不断发展,我们将进一步认识到,不断加强地热资源调查评价工作,加大科研力度和技术创新,积极参与示范城市建设将是一项具有重大意义并值得持续推进的长远工程。

⑽ 浅层地温能资源开发适宜性区划

浅层地温能作为一种清洁可再生能源,在利用的过程中,不像化石燃料那样在获取能源和生产电力的同时排放大量的燃烧产物,对环境造成严重污染,引起温室效应、酸雨、土地沙漠化等问题。因此,开发利用清洁无污染的浅层地温能已是社会发展的必然趋势。虽然地热资源是一种可再生的绿色能源,但是其可再生性是有限度的。如果开发利用不当,也会产生热泵效率低下、对水资源损耗等问题,因此,对浅层地温能开发利用的合理规划显得尤为重要。

图11-2 北京平原区地埋管式地源热泵系统适宜区划分图

根据浅层地温能适宜性区划结果(图11-3),北京平原区地下水式地源热泵适宜区和较适宜区主要位于永定河冲洪积扇、潮白河冲洪积扇和拒马河冲洪积扇的中上部,这些地区第四系颗粒较粗,岩性以砂砾石或砂卵砾石为主,含水层赋水性好,单井出水能力较大,地层回灌能力也好,适宜和较适宜区面积为1345km2

在各冲洪积扇顶部,回灌能力大于80%的地区,采用1抽1灌;回灌能力为50%~80%的地区,采用2抽3灌;回灌能力介于30%~50%之间的区域采用1抽2灌的方式。

在单一潜水含水层区,由于地下水交替条件好,可以适当减少抽水和抽灌井间距;在建筑用地紧张的情况下,还可以通过错开抽灌井垂向位置,以增加抽灌井之间的直线距离,使得抽、灌井在相应水平方向上的水动力场水力坡度变缓,使得温度强迫对流传递现象减弱,而且水温在含水层以水平传导为主,不同层回灌也增加了温度的传递路程,使得抽、灌井的温度受影响程度减小。

在多层承压水区域,由于地下水式地源热泵系统运行时产生的温度场紧紧依附在抽灌井附近的人工水动力场中,应尽量加大井间距。抽灌井直线型分布格局系统所产生的温度场分布比折线型抽灌井布局所产生的温度场要相对大些,从场地利用角度来说,直线型场地利用范围大,受到一定场地因素的限制,而折线型布井不但占地少,而且抽灌井温度影响范围还要小一些。对于多层区同样可以通过不同层抽灌来减少抽灌井温度影响,但是,要注意不同层回灌引起水质污染。

图11-3 北京平原区浅层地温能资源开发利用适宜性分区图

地埋管适宜区和较适宜区则位于各冲洪积扇中下部,面积为3496km2。地层颗粒细,含水层回灌能力差,而地层可钻性强。

因此,对于北京平原区,在冲洪积扇中上部适合用地下水式地源热泵系统开发利用浅层地温能资源,在冲洪积扇下部及冲洪积平原区适合用地埋管方式开发利用浅层地温能。