淺層地熱能開發(fā)主要問題資料整理

1、 淺層地熱能開發(fā)主要問題(PPT) 資料整理 淺層地熱能 概念 ：指地表以下一定深度范圍內(nèi)（一）淺層地熱能（shallow geothermal energy，在當前技術(shù)經(jīng)濟條件下具備開發(fā)利，溫度低于埋深）25般為恒溫帶至200m 河南省規(guī)范的定義用價值的地球內(nèi)部的熱能資源。深度范圍內(nèi)在當前技術(shù)經(jīng)濟條件下具備開發(fā)利用價值的蘊地表以下200 m淺層地熱能屬的低溫地熱資源。藏在地殼淺部巖土體和地下水中溫度低于25 等污染氣體，、COSO于低位熱能，適合采用熱泵技術(shù)加以利用，利用時不產(chǎn)生22目前主要用于城市冬季供暖和夏季制冷。 中國常規(guī)地熱資源分布 中國中低溫地熱資源廣布于板塊內(nèi)部的大陸地殼隆起區(qū)和

2、地殼沉降區(qū)。東南沿海地熱帶是地殼隆起區(qū)溫泉最密集的地帶，主要包括江西東部、湖南南部、福建、廣東及海南省等地。在板塊內(nèi)部地殼沉降區(qū)，中國廣泛發(fā)育了中、新生 代沉積盆地，如華北盆地、松遼盆地、四川盆地、鄂爾多斯盆地、渭河盆地、蘇北盆地、準噶爾盆地、塔里木盆地和柴達木盆地等，這些盆地蘊藏著豐富的中低溫地熱資源。 我國淺層地溫能開發(fā)利用適宜區(qū)為東北地區(qū)南部、華北地區(qū)(京津冀蒙呼、 包、鄂、烏)、江淮流域（安徽大部、江蘇大部、河南東部、湖北中東部、湖南北部、江西北部、浙江北部）、四川盆地。淺層地熱能開發(fā)主戰(zhàn)場：京津冀地區(qū)、遼寧、河南、山東、內(nèi)蒙古、山西?；谖覈刭|(zhì)、水文條件和地形地貌不同的地域特點，將

3、我國城市淺層地溫能資源的應(yīng)用環(huán)境劃分為4類：濱海型城市，淺層地溫能開發(fā)利用應(yīng)優(yōu)先考慮地埋管地源熱泵方式和地表水（江水、海水）地源熱泵方式。平原型城市，沖積平原型城市的淺層地溫資源的開發(fā)利用一般可采取地下水或地埋管地源熱泵方式；沖積三角洲平原城市的淺層地溫資源開發(fā)利用一般側(cè)重于地埋管地源熱泵方式；山前平原城市的淺層地溫資源的開發(fā)利用原則上講應(yīng)側(cè)重于地下水地源熱泵方式。內(nèi)陸盆地型城市，以地下水地源熱泵方式和地埋管地源熱泵方式為主；高原河谷型城市，在深切峽谷區(qū)可選擇地下水地源熱泵方式，山坡地區(qū)可選擇基巖地埋管地源熱泵方式。但是，在進行淺層地熱能開發(fā)的時候一般首要考慮水源熱泵，當?shù)叵滤Y源缺乏的情況下

4、，才適用地埋管地源熱泵方式。 目前，中國在利用方式上形成了以天津、陜西、河北為代表的地熱供暖，以沈陽為代表的淺層水源熱泵供熱制冷，以大連為代表的海水源熱泵供熱制冷。考慮到經(jīng)濟性和可用性，當前定義淺層地溫能利用深度一般為200米。我國南方地區(qū)以散熱方式為主，經(jīng)濟的地埋管施工深度一般為100米左右；北方地區(qū)以冬季取熱為主要用途，由于淺部地溫較低，根據(jù)地熱增溫率，開發(fā)利用深度 米。400 可增加到300或 一、 國外研究現(xiàn)狀 瑞士人（1912年）首先提出地源熱泵技術(shù)； 第一個地源熱泵系統(tǒng)在美國俄勒岡州誕生（1946年） 1974年起，瑞士、荷蘭和瑞典等國政府逐步資助建立示范工程； 1986年 Tan

5、和Kush根據(jù)線熱源理論通過模型近似計算出地源熱泵系統(tǒng)長 期運行過程中井（孔）周圍土壤（巖石）的溫度的解析解； 19931995年 Mikler和Yuill利用數(shù)值方法分析研究單井回灌的滲流及熱交換過程，并取得大量試驗數(shù)據(jù)； 2004年 Rees，Spiler，Deng等建立了系統(tǒng)二維、非穩(wěn)態(tài)的數(shù)值模型，并利用一維的簡化數(shù)值模型應(yīng)用于實際工程計算； 二、 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 20世紀50年代 以呂燦仁為代表的學(xué)著和專家開始研究淺層地熱。 20052006年王秉忱、吳學(xué)敏、沈夢培等調(diào)研我國地熱資源的開發(fā)利用問題并向國務(wù)院提交建議。 2008年國土資源部關(guān)于大力推進淺層地熱能開發(fā)利用的通知（國土資發(fā)20

6、089號），標志我國淺層地熱能資源開發(fā)利用將步入規(guī)范化軌道。 2009年 國土資源部組織開展全國地熱資源潛力評估工作。 2010年 我國發(fā)布首部有關(guān)淺層地熱能開發(fā)的行業(yè)標準淺層地熱能勘查評價技術(shù)規(guī)范； 2011年29個省會級城市淺層地熱能調(diào)查評價項目年內(nèi)分兩批實施。第一批包括石家莊、呼和浩特、沈陽、長春、杭州、合肥、濟南、鄭州、重慶、西安、蘭州、烏魯木齊12個城市。第二批實施的城市包括太原、哈爾濱、上海、拉薩、南京、福州、南昌、武漢、長沙、廣州、南寧、?？?、成都、貴陽、昆明、西寧、銀川17個。港澳臺除外。 2012年6月，國家能源局批準組建了國家地熱能源開發(fā)利用研究及應(yīng)用技術(shù)推廣中心，并設(shè)立了

7、技術(shù)委員會和指導(dǎo)委員會，分三個層次：一個層次是中石化新星，專攻地熱能；另一個層次是中石化自己內(nèi)部的勘探開發(fā)研究院石油工程研究院，包括石油科學(xué)煉油研究院、化工研究院等研發(fā)力量；再一個層次是，知名大學(xué)、科研院所、企業(yè)等主要地熱能研究團隊和專家構(gòu)成的體系。 2013年初，國家能源局、財政部、國土部和住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部聯(lián)合發(fā)布了 關(guān)于促進地熱能開發(fā)利用的指導(dǎo)意見，給地熱能這一新能源的開發(fā)利用奠定了政策基礎(chǔ)。 2014年6月，國家能源局、國土資發(fā)出關(guān)于組織編制地熱能開發(fā)利用規(guī)劃的通知，要求近期地熱能開發(fā)以淺層、中深層地熱能為主，遠期發(fā)展中溫地熱發(fā)電和干熱巖發(fā)電。 淺層地熱能鉆探技我國首部專門針對淺層地熱能

8、鉆探的地方標準 年2015 術(shù)規(guī)范由河南省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局正式發(fā)布； 起草單位：河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院、河南省深部探礦工程技術(shù)研究中心、河南省地熱能開發(fā)利用有限公司、河南工程學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院、中國地質(zhì)科學(xué)院勘探技術(shù)研究所。 主要起草人員：盧予北、張宗恒、洗星海、陳瑩、吳燁、李貴明、王現(xiàn)國、董永志、王建華 規(guī)范主要內(nèi)容：規(guī)定了淺層地熱能地下水源井設(shè)計要求和施工要求、垂直地埋管鉆孔設(shè)計要求和施工要求、工程驗收方法。 2016年 國家地熱能中心、中石化著手開展地熱能開發(fā)技術(shù)標準體系研究與規(guī)劃，擬在 “十三五”末建成世界上第一套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的地熱能開發(fā)技術(shù)標準體系； 地熱資源開

9、發(fā)利用是一門多學(xué)科的綜合技術(shù)，涉及資源勘查與評價、鉆井成井工藝、尾水回灌、梯級利用、高效運營、保溫與換熱、防腐防垢和發(fā)電等技術(shù)。目前，中國的地熱工作者經(jīng)過多年研發(fā)，初步建立了一套與中國地熱資源特點相適應(yīng)的技術(shù)體系，指導(dǎo)了地熱資源勘查開發(fā)實踐。 圍繞淺層地熱能展開調(diào)查研究的省市有：北京、天津（2010年止，我國利用地熱供暖規(guī)模最大的城市、占全國地熱供暖總面積的70%）、河北、河南、上海、浙江寧波、遼寧沈陽、江蘇泰州南昌、山西、山東、安徽、黑龍江、江西、吉林。80%集中在華北和東北南部地區(qū) 三、存在的問題 我國使用最多的兩種開發(fā)利用形式：水源熱泵系統(tǒng)和土壤源熱泵系統(tǒng)。淺層地熱能開發(fā)利用工程的關(guān)鍵技

10、術(shù)主要是地下?lián)Q熱裝置設(shè)計與施工。 1、 引起的環(huán)境問題 水質(zhì)：地熱水含有重金屬和其他有害元素，尾水不經(jīng)處理直接排放，會對地表水、地下水水質(zhì)造成污染 水溫：地熱水經(jīng)一次貨多次利用后溫度降低，但相對地下水來說尾水溫度仍然較高，地熱尾水排入地表水體后，水體溫度升高，打破原有溫度場平衡，進而直接影響該水域生態(tài)平衡。 資源問題：有效利用率低：被開采出來的地熱能（即從井口得到的熱量）只 有一部分被利用，即有效利用地熱資源量低； 地熱尾水回灌因為成本高，很多企業(yè)無力支付，選擇尾水直接排放地表或地表水體，長期以往，不僅造成地下水浪費，還會使地下水得不到及時補給，直接表現(xiàn)在地下水位下降，并產(chǎn)生地面塌陷或沉降等一

11、系列次生地質(zhì)災(zāi)害。 2、 企業(yè)資質(zhì)參差不齊 對開發(fā)、勘查、設(shè)計、施工企業(yè)未明確設(shè)置行業(yè)準入條件，致使施工質(zhì)量良莠不齊。 3、 管理體制不健全 北京市的關(guān)于發(fā)展熱泵系統(tǒng)的指導(dǎo)意見和關(guān)于加強地熱回灌，保護地熱資源的通知、天津市的天津市地熱利用工程設(shè)計標準(試行)和天津市地熱回灌地面工程建設(shè)標準、河北省的河北省地熱資源管理條例、重慶市的關(guān)于加強地熱資源管理的意見、咸陽市的咸陽市地熱資源管理暫行辦法、上海的上海市淺層地熱能管理暫行辦法等。 目前國內(nèi)發(fā)布的地熱能源開發(fā)相關(guān)標準有9項，其中，關(guān)于地熱能評價勘（石油行察規(guī)范的2項，淺層地熱能供熱制冷相關(guān)技術(shù)標準1項，見表1。項標準包括業(yè)：國內(nèi)共計制定和發(fā)布1

12、81165項國家標16項，行業(yè)標準序號 標準名稱 標準編號 類型組織類別 1 地熱資源地 質(zhì)勘查規(guī)范GB/T 11615-2010 地熱能評價勘查技 術(shù)國家標 準2 地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范 GB 50366-2005(2009) 3 淺層地熱能DB 41/T 行 鉆探技術(shù)規(guī)范 1005-2015 業(yè)標準 4 淺層地熱能勘查評價技 術(shù)規(guī)范DZ/T 0225-2009 5 城鎮(zhèn)地熱供熱工程技術(shù)規(guī)范 CJJ 138-2010 中深層地熱供熱技 術(shù)行業(yè)標準 6 地熱發(fā)電用汽輪機技術(shù) 條件JB/T 6506-1992 行業(yè)標 準 地熱發(fā)電用GB/T 28812-2012 7 地熱 汽輪機規(guī)范發(fā)電國地熱

13、電站巖 技術(shù)家土工程勘察8 GB 50478-2008 標規(guī)范 準地熱電站接GB/T 19962-2005 9 入電力系統(tǒng) 技術(shù)規(guī)定 10 地熱電站設(shè) 計規(guī)范GB 50791-2013 11 可再生能源建筑應(yīng)用工程評價標準 GB/T 50801 建筑工程類 國家標 準12 河南省在淺層地熱能方面的研究狀況地熱資源選區(qū)評價技術(shù)規(guī)范 地熱資源靶區(qū) 確定中石化內(nèi)部13 地熱資源儲量評價技術(shù)規(guī)范 地熱資源儲量 評價 標 準尾水尾水回灌技14 正在制定回灌 術(shù)規(guī)范 技術(shù) 對已建工程運行效果、熱均衡狀況及其對地質(zhì)環(huán)境條件的影響缺乏研究、監(jiān)控； 缺少明確的監(jiān)督管理部門，分工不明確，管理存在越位、錯位和不作為

14、的混亂情況； 4、 核心技術(shù)水平不高 是地下能源采集系統(tǒng)的核心和關(guān)鍵。地下水源井技術(shù)(1) 地下水源熱泵井管材選擇 現(xiàn)在成井管材主要使用水泥管和螺旋鋼管（鋼板卷焊式橋式鍍鋅過濾管和普通鋼管組合）。前者雖耐腐蝕，但抗沖擊、抗彎曲、抗拉強度極小，后者強度雖極高，但是易腐蝕結(jié)垢。 新技術(shù)：PVC-U塑料管（優(yōu)點：耐腐蝕、不結(jié)垢、輕便、壽命長等）抽水井和回灌井首選。但是，在施工過程中存在的問題和風險有2點：PVC-U塑料管材料密度?。?400Kg/m3），僅是鋼材密度的18%左右，故，在井內(nèi)充滿泥漿的環(huán)境下浮力較大，下入困難；其物理力學(xué)性能指標遠遠低于鋼管，故，在下管、投礫或洗井抽水過程中，井管內(nèi)出現(xiàn)

15、過大壓差或遭受沖擊力時，容易出現(xiàn)塑料井管爆裂事故。目前，國巧外供水管井使用的PVC-U塑料管多數(shù)在50-100m之間，并 鉆井（孔）結(jié)構(gòu)設(shè)計 井的濾層厚度要按照不同地層來設(shè)計，即鉆井口徑與成井管徑的間隙在松散地層和基巖地層各有不同要求。 (2)回灌技術(shù) 影響回灌的主要因素： 成井工藝：井身結(jié)構(gòu)、鉆井液、洗井方式、成井工藝 回灌系統(tǒng)綜合作用：地面凈化系統(tǒng)、回灌方式、抽灌井間距 回灌流體與儲層相互作用：物理作用、化學(xué)作用、儲層砂粒移動 （3）熱貫通 由于回灌水與原始含水層溫度存在的差異，在導(dǎo)熱和對流等作用下，回灌水會導(dǎo)致抽水井溫度有不同程度的升高或降低，這種現(xiàn)象就是“熱貫通”。粗顆粒（卵礫石、砂礫

16、）地層抽灌井間距約100m，細顆粒地層（粉、細砂）間距不低于50m。實際情況是，因為場地大小的限制，抽灌井間距在5-20m，由此造成熱貫通和地下水污染，輕則增加運行費用，重則導(dǎo)致機組癱瘓。 5、 政策扶持力度不夠大 對地熱供暖企業(yè)給予一定的財政補貼。目前，在地熱供暖收費方面，大部分城市僅參照燃煤鍋爐供暖收費，忽略了生態(tài)效益，地熱供暖收費標準總體上偏低，許多供暖項目由于經(jīng)濟效益低下而無法實施。 制定地熱發(fā)電上網(wǎng)電價補貼政策。目前，國家對風能、太陽能發(fā)電上網(wǎng)電建議參照其他可但對地熱發(fā)電還沒有相關(guān)優(yōu)惠政策。價出臺了補貼政策， 再生能源發(fā)電的上網(wǎng)電價補貼，制定地熱發(fā)電上網(wǎng)電價補貼政策。 住房城鄉(xiāng)建設(shè)部

17、2009年啟動可再生能源建筑應(yīng)用城市示范，對納入示范的城市，中央予以資金補助基準為每個示范城市5000萬元，對推廣應(yīng)用面積大，技術(shù)類型先進適用，能源替代效果好能力建設(shè)突出，將相應(yīng)調(diào)增 補助額度，但每個城市最高不超過8000萬元。 對于地熱尾水回灌，按回灌井費用的一定比例給予企業(yè)適當?shù)呐涮踪Y金投入。地熱尾水回灌一般采用“一采一灌”或“一采幾灌”，即打一口生產(chǎn)井需要配套打一口回灌井或幾口回灌井，給生產(chǎn)企業(yè)增加了沉重的額外成本，許多企業(yè)不堪重負，把尾水直接排放，結(jié)果造成了環(huán)境污染和資源快速枯竭。 時間 項目類型 涉及 城市 主要研究內(nèi)容 2009年 重點城市淺層地熱能評 價研究報 告州、開封、新鄉(xiāng)、

18、許昌、漯河、周口、安陽、濮陽、焦作、洛陽、南11陽初步研究和總結(jié)河南省重點城市淺層地熱能類型與潛力（首次研究開展該方面的研 究工作） 個重點城市 2010 年河南省城市淺層地 熱能專 著大部分城 市本書主要介紹了河南淺層地熱能開發(fā)利用現(xiàn)狀存在的主要問題，研究的目標任務(wù)、研究內(nèi)容和方法；概述了河南省18個省轄市城市淺層地熱能形 成的區(qū)域地質(zhì)背景；闡述了城市淺層地熱能特征。 淺層河 新能源產(chǎn)業(yè)領(lǐng)南地熱地熱能直接域：2010 省能開利用技術(shù)及設(shè)年 重發(fā)醫(yī) 備點用問 題研 究科技攻關(guān)計劃項目 2000年11 月兒童醫(yī)院水源熱泵 工程 鄭州 市 回抽42 2011年，河南省平原區(qū)面積占據(jù)全省面積一半，平

19、原區(qū)廣泛分布淺層地下水，資源量達131.79108m3，大部水溫1518，富水性中等極強，單井出水量一般100120m3/h，部分地區(qū)120200 m3/h，甚至達到200300 m3/h，具有良好的回灌條件。水質(zhì)除硬度超標外，基本滿足地源熱泵水質(zhì)要求。具有豐富淺層地熱能儲量的城市就有鄭州、開封、新鄉(xiāng)、濮陽、許昌、漯河、周口、焦作、安陽、洛陽、南陽等，目前，淺層地熱能開發(fā)的面積超過1600萬平方米。 2015年鄭州已有淺層地熱能空調(diào)用戶50多家，地能空調(diào)井200余眼，井深一般100m左右。 河南省地源熱泵應(yīng)用情況統(tǒng)計表 序 號地 市面積2 ）km（應(yīng)用建筑面積（應(yīng)用面積項目數(shù) （個）量 42m） 10占比-710（%） 1 鄭 州7446 400 53.72 180 2 開 封6246 45 7.20 40 3 洛 陽15230 160 10.50 80 4 平頂 山7882 60 7.61 40 5 安5599 1