淺層地熱能與干熱巖資源潛力及其開發前景對比分析

■張領

（河南省有色金屬地質礦產局第六地質大隊 河南 鄭州450046）

淺層地熱能與干熱巖資源潛力及其開發前景對比分析

■張領

（河南省有色金屬地質礦產局第六地質大隊 河南 鄭州450046）

作為地熱能中最具潛力的重要組成部分，地熱能與干熱源資源實際作用的充分發揮，有利于滿足國家對于可再生能源的需求，增強我國生態環境的保護效果。在可靠的開發技術支持下，可以加大地熱能及干熱巖的開采量，優化地熱能系統的服務功能，擴大可持續發展戰略的實際影響范圍。加強對地熱能與干熱巖資源潛力的深入分析，有利于加快現代化城市的發展速度，為人們正常的生產生活帶來更多的便利?；诖?，本文將從不同的方面對淺層地熱能與干熱巖資源潛力及其開發前景進行必要地對比分析。

淺層地熱能干熱巖資源開發前景可持續發展

相對而言，我國的地熱能資源開發利用時間長，逐漸形成了較為完善的理論體系及可靠的開發技術。在此形勢影響下，結合實際生產活動的具體需求，加大地熱能與干熱巖資源的有效使用，有利于改變我國的生態環境質量，減少非可再生資源的利用量?，F階段各種科學技術的不斷發展，利用換熱工質循環回路進行持續熱提取技術的有效使用，為淺層地熱能與干熱巖資源開發效率的提高帶來了重要的保障作用，最大限度地滿足了實際生產活動開展中的能源多樣化需求。

1 淺層地熱能與干熱巖資源潛力對比分析

地球表層的某一深度區域的熱量循環過程中形成的清潔性能源，即為淺層地溫能。這種能源的有效使用，需要借助于可靠的開發技術，加強對開采區域地質條件的深入分析。結合我國地質調查局對于全國大部分城市的淺層地熱能的調查分析，可知：中國所有省會級以上城市每年地源熱泵系統夏季（按5個月計算）換熱量約為3萬億kW·h，折合標準煤約3.83億t，可制冷面積為101億m2；每年地源熱泵系統冬季（按4個月計算）換熱量為1.5萬億kW·h，折合標準煤約1.83億t，可供暖面積為119億m2。每年可節能2.3萬億kW·h，折合標準煤2.83億t，可減少二氧化碳排放9.78億t。

干熱巖資源作為一種重要的清潔性資源，最先是由美國進行開發的。目前美國大部分的地熱資源主要保存在EGS系統中，對于未來能源危機的有效應對具有重要的保障作用。美國的能源管理部門在相關的會議中明確提出了加強對EGS技術有效使用的重要性，并對這種開發技術在熱儲層性能優化中的良好作用效果做出了必要地說明。與此同時，美國的研究機構認為在EGS技術的支持下，50 GW的煤炭發電和40 GW核電生產中將會更加依賴于干熱巖資源：在提高電力系統發展潛力的同時將會提高生態環境質量。

我國的干熱巖資源儲量大、分布范圍。初步估算，在埋深3～10 km范圍內的干熱巖資源量達到860萬億t標準煤，按照2%的可利用量計算，相當于國內2014年能源消耗總量的4480倍。因此，需要加大對干熱巖開采技術的研究，最大限度地滿足我國的各行業生產過程中的能源需求。

2 淺層地熱能與干熱巖資源的節能效果對比分析

合理地運用地源熱泵技術，可以對淺層地熱能進行有效地開發。這種開發技術最大的優勢是節能環保效果好，在淺層地熱能開發應用中對周圍的生態環境進行了必要地保護，逐漸地提高了這種清潔性能源的利用效率。在地源熱泵技術的支持下，淺層地熱能可以廣泛應用于各類建筑供熱、制冷系統中，為人們創造良好居住環境的同時減少了相關能源的消耗量。相比傳統的空調與電采暖設備，運用淺層地熱能資源時，能源消耗率分別降低40%和70%，實際產生的運行費用相比傳統的中央空調將會減少55左右。結合我國華北地區的地理環境，由于其冬天供暖期較長、夏天的制冷時間相對長，合理地使用淺層地熱能，可以在保證能源供應充足性的基礎上逐步地優化我國的能源結構，滿足生態文明建設的具體要求。

干熱巖開發由于起步時間晚，目前還沒有真正地形成運行周期長的系統工程，實際的節能效果無法做出合理地評價。但是，隨著信息化技術與各種鉆井技術的不斷發展，未來市場中干熱巖發電將會有著較高的市場占有率，具體較大的節能潛力。

3 淺層地熱能與干熱巖資源的經濟效益對比分析

在可靠的地源熱泵技術支持下，我國的淺層地熱能在實際的應用中取得了較大的經濟利益。具體表現在以下方面：

熱泵機組在對家屬樓供暖期間，一個供暖季家屬樓用電為42.24萬kW·h，按照居民用電價格0.52元（/kW·h）計算，總用電費用為24.04萬元。家屬樓供暖建筑面積為15550 m2，則供暖季辦公樓供暖費用為15.46元/m2。

熱泵系統投資初期相對整個熱泵運行過程收益而言，僅占很小部分。根據實際工程測算，如采用地下水的地源熱泵系統，系統初期投資約為250～420元/m2，其中冷源部分的投資大概在150～220元/m2。如采用土壤源地源熱泵系統，投資初期平均在300～480元/m2，其中冷源部分投資約為200～270元/m2。

以上的內容客觀地說明了在合理地地質條件及完善的基礎設施市場下，合理地使用地源熱泵技術，提高淺層地熱能資源的利用效率，可以減少我國某些地區的冬季采暖成本與夏季空調系統制冷成本。

相比地源熱泵技術作用下的淺層地熱能，干熱巖發電目前還沒有達到理想的發電效果。但是，通過一些示范工程的展示，可知這種能源有著較大的市場發展潛力，在發電量增加及節能環保方面有著一定的優勢。與太陽能光電池及相關的發電基礎設施的發電成本相比，干熱巖的發電成本低。在未來科學技術的不斷發展過程中，靈活運用成熟的干熱巖技術，將會使干熱巖發電的電價保持在合理范圍內，為社會各行業的發展提供更多的便利。與此同時，結合國內外干熱巖發電的研究現狀及實際的應用效果，可知加強對干熱巖發電成本的控制，有利于擴大這種能源的實際應用范圍。實現這樣的發展目標，依賴于國家各種政策的大力扶持，并對其來的電價進行必要地調整。除此之外，結合可靠的勘探技術，建立更多的干熱巖EGS示范工程，需要對工程建設中的投資風險進行必要地控制，提高各項資金的利用效率。

4 淺層地熱能與干熱巖資源的環境影響對比分析

淺層地熱能與干熱巖都屬于清潔性能源。但是，在具體的開發過程中，開發技術選擇不合理、資源存儲量評估不準確等，將會給周圍的生態環境帶來潛在地威脅。相關的研究報告指出，目前影響淺層地熱能的主要因素有：地下水位的動態變化、熱堆積與熱堆積，給周圍的居民的居住環境造成了一定的影響。對于一些區域滲透性差、水力傳導效果一般的地層，地下水位的下降將會影響回灌井的實際作用效果，加大了熱堆積現象及冷堆積現象出現的幾率。因此，在淺層地熱能開發的過程中，技術人員需要在專業設備的支持下，加強對開采區域地質條件的深入分析，結合這些區域的環境特點，選擇可靠的開采技術，確保淺層地熱能開采能夠達到預期的效果，減少對周圍環境的影響。淺層地熱能開采中EGS工程減少使存在著微震的問題，可能會對周圍的建筑物產生一定的影響。以下面某地源熱泵工程為例。

系統設計了4個水井，井深均為80 m，區域穩定地下水位為46m。系統在家屬樓供暖期間采用一抽兩罐模式、1號井抽水，2、3號井作為回灌井。抽水過程中1號抽水井水位下降4.8 m，2號注入井水位上升2.6 m，3號井水位上升4.3 m。在抽水結束后3個井的水位很快恢復到穩定水位值46 m。在該系統運行的過程中，為了降低微震產生的幾率，應采用一抽兩灌的方式，將灌采比控制在合理的范圍內，優化這些區域地層的滲透性，促使淺層地

熱能開采過程中能夠減少對周圍環境的影響，增強其整體的節能環保效果。

在干熱巖水力壓裂過程中，隨著裂隙的生長熱儲層逐漸擴大，同時伴隨微震的發生?？梢酝ㄟ^在地表和地下埋設微震檢波器來預測震源及震級。目前為止，瑞士的Basel干熱巖開發工程是唯一受微震事件影響而中止的項目，工程由于施工在城市中心，微震對附近居民帶來了一定的恐慌。隨著微震等級的增加，對于人們的生活影響愈加明顯。而在EGS工程建設的過程中，微震效應的發生可以為開采井布設優化、評價激發效果的增強提供必要的參考信息，有利于加快干熱巖開發工程的建設步伐。這些方面的不同內容，客觀地說明了干熱巖資源開采中微震效應合理利用的重要性。

5 結束語

相比干熱巖開發技術，我國的淺層地熱能技術非常成熟，可以結合不同地區的地質條件進行有效地開發。在干熱巖開發的過程中，為了能夠達到預期的效果，需要對這種資源的開發條件進行必要地勘察，并做出相關的評價。與此同時，構建EGS國際長期交流合作機制，增強既有技術的轉化效果，對于未來干熱巖技術實際應用范圍的擴大具有重要的指導意義。因此，需要做好淺層地熱能與干熱巖資源潛力及其開發前景的對比分析工作。

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F407.1[[文獻碼]B

1000-405X（2016）-12-33-1