| 西安地热能资源现状及开发利用展望 | ||||||||||||||||||||||||
| 作者：李稳哲 杜明 发布于：2017/7/31 11:38:45 点击量： | ||||||||||||||||||||||||
西安地热能资源现状及开发利用展望
李稳哲 杜明
（陕西工程勘察研究院 陕西 西安 710065）
地热是来自地球内部核裂变产生的一种能量资源。主要以熔岩喷发和温泉出露两种形式自然排泄。地热资源是一种无污染的清洁能源，随着对石油、煤炭等传统能源依赖性逐渐减弱，其将成为未来能源的一个重要组成部分。早在1970年，我国卓越的地质学家、原地质部部长李四光教授就高瞻远瞩地指出：“地下热能的开发与利用，是个大事情。这件事，就像人类发现煤炭、石油可以燃烧一样，是人类开辟的一个新能源。”2017年1月，多部委联合下发国家《地热能开发利用“十三五”规划》，这标志着我国地热能开发迎来新的曙光。
位于关中盆地腹部之西安市域平原区面积约4300km2，新生界盖层厚达3000～7000m，导热断裂发育，构成传导型大面积层状孔隙热储，另在秦岭山前局部尚有对流型裂隙热储，中深层地热资源和浅层低温能资源丰富，开发利用前景广阔。
2 地热能资源类型介绍
2.1 地热资源的分类
地热资源是指在当前的技术经济条件下可以开发利用的地下岩石和水中的热能，也包括在未来条件下具有潜在价值的热能，是一种十分宝贵的综合性矿产资源。按照其形成机理与埋藏深度，分为浅层地热能和中深层地热能两种类型。在此基础上，按照开发利用形式，浅层地热能分为地源热泵系统和水源热泵系统两种；中深层地热能分为水热型地热资源、深埋管式地热资源和干热岩三种。其中地源热泵系统又可分为地埋管式和地下水式两类，水源热泵系统又可分为江河湖泊式和污水源式两类。西安市目前开发利用地热能主要以浅层地热能和水热型地热资源为主，深埋管式地热资源开发利用尚处于起步阶段。
2.2 不同类型的地热资源特征
不同类型地热资源的形成机理、开发利用方式、适宜性、经济性、对环境影响程度有很大差别（见表1），例如，浅层地热能利用200m以浅岩土体的热容量，主要受施工条件的制约；而水热型地热资源则受断裂构造、大地热流、热储水文地质属性的制约。在开发利用时，综合考虑各种地热资源类型的特征，进行比较分析，择优选取，合理布局就显得尤为重要。
2.3 地热地质工作发展简史
西安市地热资源开发利用历史悠久，成果突出，早者可追溯至周、秦王朝，盛唐时期的“春寒赐浴华清池，温泉水滑洗凝脂”更是让西安温泉美名远播。新中国成立以来，西安市地热地质工作可分为三个阶段：20世纪70年代，开展了部分地区地热初步普查工作，主要成果有《关中温泉形成条件的初步分析》和《西安地区地下热水普查初步总结》；20世纪80年代，进行了全省地热资源区划，重点对西安地区开展了地热专题普查工作，并开展了地热井勘探，取得了成功，主要成果有《陕西省地热能资源与区划》、《西安地区地下热水普查总结报告》；20世纪90年代以来，地热市场的蓬勃发展，施工有大量的地热井，2000年以后，出现浅层地温能开发利用系统，主要成果有《西安地热普查报告》（1/10万）、《陕西省关中盆地地热资源开发利用规划（2000—2010年）》、《西安地区地热资源开发与环境问题研究》、《陕西省秦岭北麓重点旅游区地热资源开发前景评估报告》、《陕西省地热资源现状调查评价与区划报告》、《西安市浅层地温能调查评价》、《陕西省主要城市浅层地温能开发区1:5万水文地质调查》等多份可行性论证、成井报告。
表1 地热能不同开发利用方式优缺点对比表
3 西安市地热能资源现状
3.1 浅层地温能资源
包括新城、莲湖、碑林、雁塔、灞桥、未央城六区及泾河工业园区面积830km2内，深3～200m浅层地热能勘查结果：浅层地温能热容量为2.758×1015kJ，相当于7.661×1013kW•h；单独利用水源热泵时冬季供暖功率为3.164×106kW、可供暖面积6.084×107m2，夏季制冷功率3.182×107kW、可制冷面积8.667×107m2；单独利用地埋管式地源热泵时冬季供暖功率为2.285×107kW、可供暖面积4.394×108m2，夏季制冷功率3.182×107kW、可制冷面积4.358×108m2。浅层地热能资源总体开发利用潜力大，前景尚好。
3.2 水热型地热资源
西安市域分布有传导型碎屑岩层状孔隙热储和对流型基岩裂隙热储两大类热储。
传导型碎屑岩层状孔隙热储广布秦岭以北和骊山以西、北地区，分属西安凹陷和故市凹陷两构造单元，共同地质特征是，新生界具孔隙之碎屑岩类层状地层巨厚，基底导热断裂发育，莫霍面（地温900～1000℃）较浅仅33～35km，有利于深部热源向浅部传导释放，蕴藏地热资源必须的储、盖、通、源四大要素齐全，构成良好的区域性热田。4000m以浅共有第四系三门组（Q1S）、新近系张家坡组（N2z）、蓝田灞河组（N2l+b）、高陵群组（N1gl）四个热储层，由秦岭、骊山向北、西热储由薄渐厚，同一深度处温度自凹陷中部向周边逐渐降低。初步概算中深层地热能热容量为4.17×1017kJ，地热流体总资源量为4.7455×1011m3，年可采地热流体量1.8987×108m3/a、热量4.6341×1013kJ/a。
对流型基岩裂隙热储仅在秦岭、骊山北麓山前有分布。热储层是沿深断裂带的前古生界变质岩类，不同产状构造裂隙是地热流体循环运移、储存空间，华清池温泉、蓝田汤峪温泉就是在局部地质构造有利部位地热流体自溢成泉。该热储严格受断裂构造控制，地热流体赋存不均，开采有风险。略计总可采地热流体资源为1.25×106m3/a左右。
4 西安市地热能资源开发利用现状
4.1 浅层地温能
4.1.1地下水式
西安的地下水式浅层地温能开发利用始于2004年,2010年前后形成规模，目前主要开采浅层承压水，开采深度一般在200-300m，截止2014年底，西安市地下水式浅层地温能开发利用工程共40处，供暖、制冷面积为108.33万m2。
4.1.2地埋管式
地埋管式浅层地温能开发利用工程较地下水式起步晚，但发展迅速，开采深度一般为100～150m，截止2014年底，开发利用工程共7处，供暖、制冷面积为111.67万m2。
2014年地热能开发利用在新能源利用占比达35.45％，而太阳能、生物质能、水能、新能源汽车在新能源利用占比则分别仅为33.49％、14.54％、16.52％和不到1％，可见地热资源在西安市能源消费中占有重要位置。
4.2中深层地热能
4.2.1水热型地热资源
至2014年底，西安市域共有深300～4005.6m地热井247眼，井口温度49～110℃。除长安区东大街办一带约10km2分布有27眼深300～750m浅层（第一热储层）地热井外，其余各区县都为深1100～4005.6m中深层地热井（城六区有107眼），单采第二至第四热储层或串采第二至第四不同热储层，单井地热流体量20～80m3/h，井口温度52～110℃。开采运行的地热井189眼，开采地热流体量约1052.6×104m3/a，其中约74％用于洗浴、理疗及旅游、康乐，26％用于供暖兼洗浴，供暖面积约为280万m2，用地热流体洗浴的住户约13万户；直采中深层岩土型地热能供暖井3眼（井深200m），采暖面积3万余m2。按开发利用行业主要为宾馆服务业、房地产业、大专院校、疗养、小型洗浴业及养殖业。
4.2.2深埋管换热系统
近几年出现的“中深层深埋管换热系统供热技术”，是在地热井中安装超长换热器，一般深度在2000m左右，将地下热量经换热器导热媒介传导至地面，为地面建筑物供热。该技术节能环保，不需要开挖路面铺设长距离输热管线，不开采地热流体，解决了地热流体无法回灌和二次污染问题，开创了一种全新的地热能源利用形式，不仅可以降低供热成本，有效缓解采暖季能源供给的紧张局面，而且对治污降霾工作具有积极意义。我国首个“中深层深埋管换热系统供热技术”PPP项目，位于西咸新区沣西新城某小区，3口钻井带出的热能可供小区1080套住房5.6万平方米面积供热。西咸新区拟在全区推广应用该技术。目前西安市应用该项技术示范项目两处，供热面积接近30万m2。
5 西安市地热能资源开发利用工作展望
5.1 存在问题
5.1.1浅层地热能
（1）地下水式地源热泵系统存在随着使用期延长回灌率逐渐下降、含沙量逐渐增大、管道腐蚀严重等问题。
（2）是否会对地下水系统造成影响，目前研究程度还不高；
（3）无论是地下水式还是地埋管式在施工过程中都易造成含水层串通，有待加强实施期间的管理，并明确管理主体。
5.1.2中深层地热资源
（1）水热型地热资源勘查工作仍处于调查——预可行性勘查阶段，西安城六区及临潼区基本达到可行性勘查阶段，在资源需求不断扩大的地区，如周至、户县等地区，地热勘查工作有所滞后。
（2）水热型地热开发以单点论证——单井开采为模式，缺少井与井之间相互影响的研究工作。
（3）地热资源梯级开发技术不够成熟，地热流体利用率底。
（4）存在过度开采情况，造成地热流体出水量、水位衰减现象。
（5）深埋管技术应用处于初期阶段，从理论及应用方面有许多课题仍待进一步研究。
5.2 面临的机遇及工作展望
5.2.1 面临的机遇
（1）我国的能源战略已趋向大力发展清洁能源，地热能已被纳入国家“十三五”发展规划，地热在未来调整能源结构、应对当前大气污染中贡献更为突出。
（2）目前地热工作重点已从原来的勘查逐渐向开发利用技术创新方向转变。
（3）地热能资源具备的经济性、稳定性、可再生性已被市场认可，社会需求量逐渐增大。
（4）地热能资源开发利用的多样性逐步显现，其应用领域将会越来越广阔。
5.2.2 研究与发展方向
（1）地热能开发利用动态监测与潜力预测；
（2）新生界砂岩层地热流体回灌工艺研究；
（3）地热流体化学组份与热量综合利用研究；
（4）研究梯级利用模式，服务于示范性项目；
（5）废弃地热井二次开发可行性研究；
（6）地热能无干扰开发的新技术、新方法研究；
（7）地热能综合利用过程结垢腐蚀防控关键技术研究；
（8）地热能零污染综合治理系统集成关键技术研究。
作者简介： 地质工程博士，教授级高级工程师，陕西工程勘察研究院副院长兼总工程师，国土资源部地质灾害应急调查专家，中国地质灾害防治工程协会理事，中国地质调查局、陕西省水工环地质专家，省地质学会地热专业委员会副主任委员，省温泉旅游协会专家委员会委员。
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