資源與環境是人類賴以生存、繁衍和發展的基本條件, 資源環境與可持續發展已成為人類共同面臨的重大問題。近一個世紀以來, 全世界的人口增長了2 倍, 能源和天然資源的消費增長了10 倍,對人類的生存和可持續發展都提出了嚴峻的考驗。

 

  地熱資源作為一種清潔可再生能源, 在人們環保意識越來越強烈的今天, 也受到越來越多的關注。2004 年8 月, 在意大利佛羅倫薩舉行的第32屆地質大會上, 就專門設置“ T09.06 地熱田” 第278 專題討論地熱資源。地熱能在世界范圍內的廣泛應用, 是因為它不僅是一種不會對環境造成污染的能源, 而且在于它的使用不受時間和氣候的限制。

 

  1  地熱資源的基本特性與特點

 

  1.1  地熱資源的基本特性

 

  地熱資源是指在當前技術經濟和地質環境條件下, 能夠從地殼內科學、合理地開發出來的巖石中的熱能量、地熱流體中的熱能量及其伴生的有用組分。地球是一個巨大的熱庫, 從地面越往下溫度越高, 正常增溫梯度為每1000m 增加25 ℃～ 30 ℃。

 

  由于構造原因, 地球表面的熱流量分布不均, 部分地區大于正常梯度時就形成地熱異常。從全球地質構造觀點看, 大于150 ℃的高溫地熱資源帶, 主要出現在地殼表層各大板塊的邊緣、碰撞帶、開裂部位和坳陷區。

 

  地熱田儲存資源量大, 水源雖來自大氣降水,但水的徑流緩慢, 形成熱水的周期可達數千年, 甚至上萬年, 與地下冷水一般一年左右的循環周期有明顯不同。地熱資源賦存在一定地質構造部位, 有明顯的礦產資源屬性, 具有礦產資源和水資源的雙重性, 是集熱、礦、水三位一體的清潔、寶貴、可利用的礦產資源。

 

  2.2  地熱資源的特點

 

  (1) 地熱能是一種清潔能源。我們所說的“清潔” 是指地熱能是相對其它能源對環境污染最小的一種能源, 特別是由于地熱開發利用技術的提高,用高溫地熱田發電所產生的二氧化碳的排放量, 較常規化石能源發電要小得多。

 

  (2) 地熱資源是一種可再生、可持續使用的能源。在地熱源體系里, 地熱水通過對流的方式實現能量的傳遞, 屬于可再生范疇。我們所說的地熱資源的可持續利用, 是以一個國家或地區的概念, 在一個相當長的時間內來統一規劃利用地熱資源, 不論是用于發電或是直接熱利用, 使得新開發的地熱系統可以取代逐步被淘汰的舊系統。

 

  (3) 地熱資源的利用不受其它因素的影響。地熱資源的利用可以不受天氣、季節的影響, 每一天每一刻均可連續使用。即使在常規維修檢查時, 地熱源電站仍可持續發電。相反, 其它形式的能源或多或少要受一定的外部變化的影響。因此, 對于裝機容量相同的新能源發電站來說, 地熱電站的年發電量, 要高于風能發電場、光伏電站等。

 

  2  我國地熱資源概況與開發利用現狀

 

  我國是一個地熱資源豐富的國家, 據黃尚瑤等人資料統計〔2〕, 全國水溫在25 ℃以上的溫泉總數為2796 處, 其中有2004 處分布在我國中西部地區, 包括晉、蒙、豫、鄂、湘、桂、陜、寧、甘、青、新、川、渝、黔、滇、藏16 個省、市、自治區, 占全國71.7 %。我國中西部地區擁有溫泉資源的市縣數為455 個, 是全國市縣總數(681 個)的2/3 。此外, 在我國迄今發現的水溫≥100 ℃(或當地沸點)的93 處沸泉中, 有81 處集中分布在西藏、滇西及川西地區, 分別為45 、27 及9 處,其中包括世界罕見的間歇噴泉。據賓德智資料〔3〕,我國西南部地區地熱資源最為豐富, 已探明可利用的地熱總量占全國51.05 %, 中南地區占15.89 %。

 

  在西藏的羊八井已探獲329 ℃的高溫地熱資源, 在臺灣的北投已打出294 ℃的高溫地熱井。在云南的騰沖-梁河一帶, 其地熱顯示可與西藏羊八井相媲美, 根據熱海熱田淺孔測溫資料, 地表20多米深處水溫高達145 ℃。我國地熱資源的地理分布恰好與當地的經濟布局, 大、中城市的規劃區相匹配, 有利于地熱資源的因地制宜地大規模開發和利用。如在環渤海經濟區, 經過勘查已發現近百處地熱田, 其中京津保三角地區就有30 多處地熱田可供近期開發利用(馬殿輝等, 2000), 地熱資源埋藏淺(600 ～ 2000m), 多數在1000m 左右, 井口溫度多在70 ℃～ 90 ℃之間, 儲量大, 儲層多,單塊地熱田最大面積可達600km2 , 熱能利用潛力在500MW 以上。我國地熱資源潛能巨大, 地下3000m 以內可以直接利用的經濟型地熱資源約為1353 億t 標煤當量, 僅天然溫泉釋放的熱量每年大約為360 萬t 標煤當量。

 

  近年來, 隨著社會經濟發展、科學技術進步和人們對地熱資源認識的提高, 出現了地熱資源開發利用的熱潮。天津市地熱開發利用勢頭迅猛, 僅塘沽池地區就開鑿了26 眼地熱井。北京市珠市口大街的328 號位置, 成功地開發出一口深1400m 的地熱井, 井口水溫52 ℃;在北京良鄉地區鑿成3口日出水量2000L 、水溫55 ℃的地熱井。京津地區冬季地熱采暖面積超過了400 萬m2 。陜西省咸陽市近兩年來積極開發熱資源, 已打成9 口地熱井, 井深1600 ～ 1800m , 井口水溫65 ～ 104 ℃。河北省深州市已完成4 口地熱井, 出水溫度達到83 ℃。山東省一些大中城市, 如濟南市、青島市、威海市、泰安市、聊城市等相繼開發利用地熱水。

 

  西藏羊八井電廠是我國裝機容量最大的地熱電廠,運營20 年來, 累計向拉薩市供電11 億kWh , 占拉薩電網電量的45 %以上;阿里地熱資源的開發也實現了服務于當地經濟的目的。據不完全統計,我國地熱供熱利用總量已超過了2282MW , 僅次于美國。

 

  但是, 我國地熱資源開發利用在取得了很大成績的同時, 還存在一些問題:我國地熱開發利用總量很少, 還不到可利用量的千分之一;絕大多數地熱開發利用水平很低, 仍然處在自發、分散和粗放經營的階段, 甚至個別地方還存在著盲目開采的現象;資源利用單一, 浪費嚴重;重開發輕保護, 導致地面下沉和環境嚴重污染。

 

  3  地熱資源的可持續開發利用

 

  為了加快地熱資源的開發, 必須認真貫徹“正

 

  確處理經濟發展同人口、資源、環境的關系, 資源開發和節約并舉, 把節約放在首位, 提高資源利用效率” 的指導思想, 合理利用地熱資源, 取得更好的經濟、環境和社會效益。為此, 在地熱資源開發中應重視以下幾個問題。

 

  3.1  搞好科學規劃、加強前期地質論證工作, 避免盲目開發搞地熱資源開發, 首先要在地質勘查的基礎

 

  上, 根據資源的儲量、質量、性質、區位特點, 以及區域經濟發展的需求, 優化資源配置并做出科學合理的利用規劃;然后按照規劃因地制宜地制定出分步實施的方案;再根據實施方案進行正規的設計, 施工和設備選購。這樣, 就改變了過去一些地方出現的, 未搞清資源情況就開工上項目的盲目開采現象, 從而避免了資源、資金的浪費和環境污染。

 

  近年來, 各地地質隊伍采用先進技術方法進行綜合勘查, 綜合解釋, 切實開展前期地質論證工作, 在進行充分論證的基礎上, 確定探采結合的地熱井井位。實踐表明, 在多數情況下是成功的, 尤其是在石油部門打過油氣探井的地方打地熱井, 因有油氣探井試油、試水成果, 成功率較高。因此,有的地方根據石油探井提供的有關信息, 包括含水層巖性、厚度、滲透性、水溫、水化學等資料, 選定井位, 對地熱資源的勘探開發起到了重要指導作用。有些地區的油氣探井雖曾打出地熱水, 但多已封井, 如四川大邑縣花水灣的一眼廢棄探井, 經專家進行可行性論證后被打開, 獲得水溫近70 ℃、自流量達7000m3 /d 的自流熱水。而在一些地方,如成都鳳凰山, 由于地質構造復雜, 勘查技術手段有限, 致使鉆探工作失利, 大量資金流失。目前,就地熱勘探工作的發展勢頭看, 各地地熱井越打越深, 不僅在地熱異常區打井, 在非異常區也打, 風險很大。因此, 為提高鉆井成功率, 最大限度地減少鉆探風險, 做好前期地質論證工作取得必要的地質依據, 是十分重要的。

 

  3.2  合理開發, 綜合利用, 有效保護, 實現地熱資源的可持續開發地熱資源開發利用的范圍很廣, 是由其多功能特點決定的, 所以在地熱開發利用中, 要合理開發, 按不同的用途, 綜合利用資源, 進行梯級利用, 最大限度地提高資源利用效率, 從而獲得高的經濟效益。

 

  地熱資源是可再生的能源資源, 同時又是有限的資源, 其補給的過程是極其緩慢的。在合理開發地熱資源的同時, 還要注意保護好地熱資源。在我國中西部的一些地熱田, 如羊八井、西安、昆明、鄭州等地, 由于過量開采而引起水位持續下降, 有的地方已導致資源枯竭, 嚴重影響到地熱田的壽命。羊八井地熱田于1991 年所測地面最大沉降值達176.6mm , 生產井的汽化面已下降20 ～ 45m ,92 ℃泉、河心沸泉等地表地熱顯示消失了, 熱水湖不熱了。西安東南郊地區水位已降至井口以下120m 左右, 昆明地熱田水位以年均1m 的速度持續下降。為保持地熱井水量和水壓的穩定及防止地熱尾水對環境的影響, 一方面要加強管理, 采取限量打井、限制開采量等措施, 合理開采, 有效保護;另一方面, 需結合地熱田具體條件, 反復進行回灌試驗取得可靠參數, 開采與回灌要同時考慮,以確保地熱資源的可持續開發。

 

  3.3  發展地熱資源的直接利用、梯級利用和景觀保護我國大部分地區地熱資源豐富, 類型齊全, 分布廣泛, 且多為中低溫;高溫地熱資源僅分布在西藏、滇西和川西地區。據統計, 我國已經調查的2004 處溫泉中, 有1580 處水溫介于25 ℃～ 60 ℃之間, 占溫泉總數的78.8 %。因此認為, 在我國地熱資源的開發利用方面, 以發展中低溫地熱資源的非發電利用, 即直接利用為宜, 如在紡織、印染、造紙、空調、制冷、魚類加工、奶制品、麥種、蔬菜、水果等烘干, 孵化、繁育良種, 溫室種植、水產養殖、繁育水浮蓮, 灌溉農田、發展農村沼氣,化學提取以及采暖、沐浴、療養、旅游、熱供水、飲用等方面開展綜合利用, 以滿足廣大用戶的需求。目前, 在我國的一些地熱區, 地熱采暖后尾水的溫度多在30 ℃ ～ 40 ℃之間, 尚未充分利用就被大量排出, 說明目前資源浪費的現象是較為普遍的。建議按不同溫度開展地熱資源的梯級利用, 即根據“因地制宜, 物盡其用” 的原則, 發揮資源優勢, 減少浪費, 提高地熱利用率。

 

  對一些高溫溫泉、沸泉以及間歇噴泉來說, 發電利用并不是地熱開發利用的唯一方向。比如間歇噴泉, 它是在特定的地質構造背景下形成的, 在世界范圍內僅發現數處, 如美國黃石公園的老實泉、冰島大噴泉以及我國西藏的搭格架、谷露、查布和川西的熱坑(茶洛)等, 均屬十分罕見的奇特景觀。滇西騰沖是我國大陸唯一保存完好的火山溫泉區, 擁有罕見的火山、地熱景觀及珍貴的醫療礦泉水資源。發展上述地熱景觀的非電利用, 對于保護這類自然“瑰寶” 更具有深遠意義。如在這類地區開展以發電為目的的地熱勘查工作, 建立電站, 勢必會破壞在漫長的地質發展過程中形成的地熱景觀, 這在我國西部的地熱開發中是有過教訓的, 其后果將不堪設想。因此, 建議有關部門盡快立法,使大自然賦予人類的來之不易的地熱景觀得以保護下來, 留傳后代。

 

  3.4  采用先進科學技術, 建好示范點, 形成規模,推進地熱利用產業化發展合理地開發利用地熱資源, 必須有相當先進的開發利用技術手段, 以期達到在節能、保護環境的基礎上, 充分發揮地熱工程效益的目的。目前, 我國無論是在地下勘探、儲量評價, 還是在開發利用、設備與儀表制造等方面, 在技術上與國外都有很大差距, 這就要求我國的有關部門和企業, 狠下功夫, 提高技術水平, 推廣新技術、新材料、新工藝, 逐步淘汰落后的設備和工藝, 使我國地熱開發的總體水平逐漸接近世界先進水平。

 

  提高技術水平的重要途徑, 是加快地熱利用產業化建設。采用先進技術, 必須做好示范試點工作, 通過示范培育典型, 然后以點帶面, 不斷總結經驗, 逐步擴大規模。示范點的建立應與當地的資源條件和開發條件結合起來, 形成不同的類型, 如高溫地熱發電、中低溫地熱采暖、養殖和種植、療養和旅游等。所有的示范點應具有規模效益, 應當是科學規劃、合理開發、綜合利用的典型, 是地熱資源節約、高效運用的典型, 是實行系列化、規模化和產業化的典型。

 

  3.5  按法律、法規嚴格管理

 

  首先, 從資源管理人手, 嚴格按照《礦產資源法》及其配套法規的要求, 調整好地熱資源勘查、地熱儲備與開發強度的關系, 優化資源配置。要認真貫徹落實《中華人民共和國節約能源法》, 規范地熱能源的開發利用。地熱供熱工程從設計、施工到生產運行, 要建立健全規范的生產管理體系和服務體系, 建立開采、回灌體系, 地熱田監測體系,并按相應的法規嚴格管理, 確保資源能夠科學規劃、合理開發, 高效持續利用。其次, 要加強地熱、節能的科學管理。地熱裝備系統都應配置計量和控制儀表, 并應逐步使用計算機自動監控系統。

 

  有條件的地方, 要進行地熱利用節能技術經濟評價, 開展地區間技術咨詢、信息服務和人才培訓等工作。第三, 要加強部門間、行業間的協調。地熱的開發利用涉及許多部門和行業, 只有在各部門和各行業的支持和配合下, 才能使我國的地熱事業高速健康發展。

 

  綜上所述, 地熱能是一種應用前景十分廣闊的新能源。通過長期的利用實踐, 人們認識到在地熱資源的開發利用中, 應根據資源條件, 貫徹因地制宜, 合理開采, 避免浪費, 綜合利用, 提高熱能利用率的方針。隨著我國社會經濟的發展, 地熱能的開發水平逐步提高, 已從單一的粗放型利用向綜合的集約化利用發展, 它必將為我國的經濟發展做出更大的貢獻。