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地热资源的开发利用及发展前景分析

发布时间:2020-07-13 13:01:42 发布人:澳门银银河官网设

摘要:地热资源是指能够被人类所利用的地球内部的地热能、地热流体及其有用成分。本文结合相关文献资料,简单阐述了地热的定义、地热资源的分类及开发利用方向,介绍了我国地热资源的分布情况及开发现状,提出了地热资源开发面临的问题及可持续发展策略,分析了地热资源开发利用的前景,探讨了总局及中能化集团在地热开发的方向。

一、地热能及深层地热

地热是来自地球深处的天然热能,这种能量来自于地球内部的熔融岩浆和放射性物质的衰变,以热力形式存在,通过地下水的深处循环和来自极深处的岩浆侵入到地壳后,把热量从地下深处带至近表层。

地热能:包括地下深度200~3000m的地热能及地下深度3000m以上的干热岩所具有的热能,温度范围25~150℃的来自深部地层的热水及150℃以上的干热岩,是地球本身放射性元素衰变产生的热能,主要是由地壳深部开凿出的“热、矿、水”三位一体组成的极为宝贵的自然资源.具有稳定、连续、利用效率高等优势,是一种清洁可持续利用的能源。

二、地热资源的分类

1、地热资源按储存状态分类:

水热型地热能、干热岩地热能型和地压型地热能;

2、地热资源按温度高低分类:

低温地热能(温度低于90℃)、中温地热能(温度在90-150℃之间)和高温地热能(温度高于150℃);

3、地热资源按地热区以及地热田形成要素分类:

沉降地型、隆起断裂型和岩浆盆型。

三、地热资源开发利用的方向

地热资源的利用大体可分为高温地热发电和低温直接利用两大类,而对于不同温度的地热流体可能利用的范围如下:

1、地热能:200~400℃;

直接发电及综合利用;

2、地热能:150~200℃;

双循环发电、工业干燥、工业热加工;

3、地热能:100~150℃;

双循环发电、供暖、工业干燥、脱水加工、回收盐类、罐头食品;

4、地热能:50~100℃;

供暖、温室、家庭用热水、工业干燥;

5、 地热能:20~50℃;

沐浴、水产养殖、饲养牲畜、土壤加温、脱水加工。

(1)地热发电

地热发电是地热利用的最重要方式。高温地热流体应首先应用于发电。地热发电和火力发电的原理是一样的,都是利用蒸汽的热能在汽轮机中转变为机械能,然后带动发电机发电。所不同的是,地热发电不像火力发电那样需要庞大的锅炉,也不需要消耗燃料,它所用的能源就是地热能。要利用地下热能,首先需要有“载热体”把地下的热能带到地面上来,能被地热电站利用的载热体,主要是地下的天然蒸汽和热水。

(2)地热供暖

将地热能直接用于采暖、供热和供热水是仅次于地热发电的地热利用方式。因为这种利用方式简单、经济性好,特别是位于高寒地区的国家。冰岛早在1928年就在首都雷克雅未克建成了世界上第一个地热供热系统,现今这一供热系统已发展得非常完善,每小时可从地下抽取7740t 80℃的热水,供全市11万居民使用。由于没有高耸的烟囱,冰岛首都已被誉为“世界上最清洁无烟的城市”。此外利用地热给工厂供热,如用作干燥谷物和食品的热源,用作硅藻土生产、木材、造纸、制革、纺织、酿酒、制糖等生产过程的热源也是大有前途的。

(3)地热的农业利用

地热在农业中的应用范围十分广阔。如利用温度适宜的地热水灌溉农田,可使农作物早熟增产;利用地热水养鱼,在28℃水温下可加速鱼的育肥,提高鱼的出产率;利用地热建造温室,育秧、种菜和养花;利用地热给沼气池加温,提高沼气的产量等。将地热能直接用于农业在我国日益广泛,北京、天津、西藏和云南等地都建有面积大小不等的地热温室。各地还利用地热大力发展养殖业,如培养菌种、养殖非洲鲫鱼、鳗鱼、罗非鱼、罗氏沼虾等。

(4)地热的医疗旅游

地热资源可开发温泉旅游,由于温泉的医疗作用及伴随温泉出现的特殊的地质、地貌条件,使温泉常常成为旅游胜地,吸引大批疗养者和旅游者。在日本就有1500多个温泉疗养院,每年吸引1亿人到这些疗养院休养。我国利用地热治疗疾病的历史悠久,含有各种矿物元素的温泉众多,因此充分发挥地热的医疗作用,发展温泉疗养行业大有可为的。

(5)地热的矿物水

热矿水就被视为一种宝贵的资源,世界各国都很珍惜。由于地热水从很深的地下提取到地面,除温度较高外,常含有一些特殊的化学元素,从而补充人体所需要的微量元素。如含碳酸的矿泉水供饮用,可调节胃酸、平衡人体酸碱度;含铁、锰等矿物元素的矿泉水饮用后,可补充人体所需的微量元素。

四、中国地热资源的分布

我国地热资源种类繁多,考虑地质构造特征、热流体传输方式、温度范围以及开发利用方式等因素,我国地热资源可分为水热型地热资源、浅层地热资源和干热岩资源三种类型。

我国水热型地热能资源分布具有明显的规律性和地带性,但受构造、岩浆活动、地层岩性、水文地质条件等因素的控制总体分布不均匀。我国有高温地热资源,但以中低温地热资源为主。其中,高温地热资源主要分布在藏南、滇西、川西和台湾地区,已发现高温地热系统200多处;中低温地热资源主要分布于大型沉积盆地和山地的断裂带上。

浅层地热能资源的分布遍及全球,世界大陆的浅部地下都分布着浅层地热能资源。第四系松散岩层是开发浅层地热能资源的理想场所。第四系松散岩层的地层松软,易于钻进,有利于竖直地埋管热泵的应用,又因第四系松散岩层的富水性较强,也有利于地下水源热泵的应用。

干热岩的分布几乎遍及全球,世界各大陆地下都有干热岩资源,不过,干热岩开发利用潜力最大的地方,还是那些新的火山活动区,或地壳较薄的地区,这些地区主要位于全球板块或构造地体的边缘。根据我国区域地质背景,高热流区均处于板块构造带或构造活动带,在藏南、滇西、琼北、长白山等地区分布有范围较大的火山岩体,说明我国具备干热岩地热资源形成的区域构造条件。

五、中国地热资源的开发现状

(1)浅层地热开发利用现状

我国浅层地热能的提取、开发、利用条件多受气候、地质以及热泵运行情况等因素的影响。我国建筑物的供暖和制冷主要利用浅层地热能。据统计,全国城市浅层地热能资源每年开采量折合成标准煤2.8亿吨,可替代标准煤4.67亿吨,为供暖和制冷提供了丰富的能源储备。

(2)中深层地热开发利用现状

目前,国内中深层地热开发还处于刚刚起步的初级阶段,在对中深层地热能进行利用时,大部分采用采灌结合、间接换热、阶梯利用及尾水净化和矿物提取等技术手段。通过换热技术将地热尾水换热并在密闭状态下通过回灌管线回注到地下,用少量的水将地热不断的运输上去,既节约了水资源又实现了地热资源的可持续利用。

(3)深层地热开发利用现状

目前我国地热领域正从浅层地热向深层地热发展,且在深层地热开发与技术转让方面都有着巨大的发展空间,未来其必将成为新的能源经济市场。尽管中国在直接利用地热能量方面居世界前列,但仍存在地热开发利用率较低的资源浪费问题。

六、地热资源开发面临的问题

(1)管理机制不完善,资金缺乏

地热能的开采涉及国土资源、建设、水务、环保等多个行政主管部门,环节众多,权责不明确,缺乏统一的指导和规划,不利于地热能产业的持续健康发展。地热能开发初期一次性投入较大,要想取得经济上的规模效益,需要得到政府的支持。

(2)社会认知程度低

当前社会对地热能资源的认知程度低,对地热能的特点及其热泵技术了解不多,直接影响地热能资源的广泛应用,由于信息传播不畅,用户也无法准确获悉产品和技术的最新动态和合格的服务提供方。

(3)地热资源开发等技术滞后

就目前的情况来看,地热能资源的科学利用能够建立节约型社会。最近的几年,我国很多大城市开始研究利用地热能资源,开发地热资源的技术发展十分迅速,但是还是在开发过程中存在着一些问题。例如热泵工程或地下换热系统不能正常运转、效率降低等,地热资源的开发利用缺乏统一管理,加上信息化程度太低,从而很大程度上阻碍其发展。

七、地热资源的可持续发展策略

(1)完善地热资源开发利用相关制度

政府需制定相关制度和法律法规来开展工作,在保证地热资源的开发利用能满足社会发展需求的基础上得到有效管控,最终达到可持续发展的目标。同时,政府相关部门应针对地热资源出台一定的优惠措施,并向企业提供一定的资金补助,来保证地热资源更好、更快地在企业内部得到广泛应用。

(2)提升地热资源开发利用相关技术水平

在地热资源开发利用的前期,针对地热资源的储存量、分布状况进行详细地勘察预估,确保地热资源在满足需求的前提下避免过度开发等问题。在实际开发利用过程中,相关单位应有效地将梯级开发、综合利用策略应用起来,将热泵技术、低温供热工艺、地热采罐平衡技术等结合起来,通过相应的设备分梯次采集热量,以此来确保地热能可以得到充分的开发利用。

(3)强化针对地热资源开发利用的管理

加强针对地热资源开发利用的管理是确保地热资源在我国的应用能达到可持续发展目标的关键。首先是确保资源开采的科学性及合理性,在进行地热资源开采的过程中将实际的资源利用需求与当地地热资源的分布状况结合起来,制定开采规划,保证开采科学性,避免不合理开采;其次是提升地热资源的利用率,在开采过程中做到节约资源、减少浪费是确保地热资源可持续发展的重要方法。

八、地热资源开发利用的前景分析

(1)梯级利用地热能将成为主要发展趋势

直接利用方式具有50%-70%的热利用效率,而地热发电仅为5%-20%,剩余的热能则伴随地热水回灌到地下或者直接排放到自然环境中,不但浪费资源而且造成热污染。地热梯级利用是指根据地热流体不同温度进行地热逐级利用,根据温度需求,由高到低进行利用。高温地热水首先用来发电,之后被用作工业烘干、农业育秧养殖、建筑供暖等等,最后较低温度地热水用来洗浴等。这样就最大程度的利用了地热资源,因此梯级利用技术拥有广阔的前景。

(2)增强型地热系统是未来地热发展的重要方向

增强型地热系统也叫干热岩地热,原理是从地表往干热岩中打一眼井(注入井),在距注入井合理的位置处钻几口生产井并贯通人工热储构造,用来回收高温水、汽。注入低温水与周边的岩石发生热交换,产生了温度高达200-300℃的高温高压水或水汽混合物。从贯通人工热储构造的生产井中提取高温蒸汽用于地热发电和综合利用,利用之后的温水又通过注入井回灌到干热岩中,从而达到循环利用的目的。目前,美、德、法、澳、日、瑞等国已经建设了一批增强型地热系统,增强型地热系统也将成为我国地热产业发展的一个主要方向。

(3)浅层地温能的开发前景广阔

浅层地温能在我国开发利用具有优势,首先,浅层地温能普遍存在,普遍适用;其次,开发利用浅层地热能无污染,符合“资源节约、环境友好”型社会建设的要求,并有多项政策推动其发展;再次,我国热泵技术发展较为成熟,适合规模化利用浅层地温能。目前,我国浅层地温能的应用面积即使已经超过一亿平方米,也不过是北方城镇建筑面积的1.6%,发展空间还很大,前景广阔。

九、总局及中能化集团在地热开发的前景和方向

中国煤炭地质总局在地热资源开发利用已有几十年经验,先后承担过地热资源勘查评价、地热资源调查分析、地热井钻探、地热泵系统安装工程、地暖工程等项目。经过多年理论研究和项目经验的积累,总局掌握了地热地质勘查技术、深井高温钻井技术、地下热水回灌技术、热交换技术、地热能梯级利用技术等。总局在中深层地热水资源勘查与开发项目上,如水文局完成勘查施工160余眼优质地热井,井深多在1500-4000m之内,2008年北京朝来农艺园地热井,终孔深度4051米,水温85℃,目前仍为北京地区最深地热井。因此,总局可依托自身勘查技术水平,加大在地热资源调查和地热勘探项目上的涉足,提高勘探效率,促进地热资源合理地开发利用。

澳门银银河官网设集团根据自身建筑企业的特点和战略发展的方向,可在现代农业、温泉旅游、地暖改造等方向发展。一是集团公司可依托自身建筑行业的属性,寻找地热资源开发温泉旅游项目,实现公司资产的有偿运营。公司设计院于2019年在贵州开展了安顺民宿森林康养中心的地热资源勘查项目,实现了公司在贵州地热资源勘查项目上零的突破。二是集团公司可在现代农业服务上,研究开发利用地热资源的可能性,利用地热温室效应来提高农作物的产量。

十、总结

随着时代的发展,化石能源枯竭的危机,全球都在寻求新能源的突破,所有新能源中,地热能是一种清洁可持续利用的能源。地热资源不仅可以用来发电,还可以直接利用在生产生活的方方面面。我国地热资源丰富,在浅层地热资源的开发利用较为广泛,但对于中、深层的地热资源开发仍然落后,需要提高开采技术的研发与应用,增强深层地热的开发利用的能力。开采地热资源的同时,采用梯级利用等多种方式,提高地热能的利用效率。通过政府完善地热资源开采和利用的规章制度和管理办法,统筹管理地热资源,实现地热资源开发利用的可持续发展,推动国家地热资源开发的产业化发展。

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