地热的开发与使用

地热是一种新型的绿色能源,广泛用于供暖、洗浴、医疗保健、种植、养殖、发电和烘干等多个方面[1]。随着我国国民经济的快速发展和世界性能源的日趋紧张,地热作为一种新型矿产,有着巨大的经济开发潜力。地热资源的勘查开发对于合理利用自然资源、缓解能源紧张状况、改善投资环境、促进经济的可持续发展,具有重大意义。因此,通过对地热能赋存情况和开发前景进行综合分析,能够极大地促进地热的开发利用。

地热能资源赋存的评价方法
穆夫勒尔(Muffler)和卡泰尔迪(Cataldi)将地热资源的评价方法分为四种:体积法、一地表热流量法、平面裂隙法和岩浆热量框算法。本区域采用体积法进行评价。

体积法常用的计算公式为:

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式中,Q为热量(kJ/s);Cr、Pr为岩石的比热和密度(kcal/m3·℃、kg/m3);Cw、Pw为水的比热和密度(kcal/m3·℃、kg/m3);φ为岩层的孔隙度(或裂隙度)(%);-T为指定体积内岩石和水的平均温度(℃);T0为基准温度,一般取值为当地年平均气温加10℃。

3.2 第三、四系浅层热储的赋存量

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式中:Qw为第三、四系所含水中的热储存量(kJ);ρw为水密度(kg/m3);cw为水比热容[J/(kg·℃)];φ为岩土体的孔隙率;M为计算面积(m2);d为计算厚度(m);ΔT为利用温差(℃)。

ρw取1.03×103kg/m3,cw取4.2×103J/(kg·℃),φ为0.3,热储面积为192.67×106m2,d取30m,利用温差ΔT为8℃。

经计算本区第三、四系浅层热储中的热储存量为600.11×1014J,按照1吨标准煤折合热量为2.93×1010J,折合标准煤数量为204.82万t。

3.3 深层寒武系灰岩热储中的赋存量
本区深层寒武系灰岩热储中的赋存量为:

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式中,Qr为热储层中储存的热量(J);A为计算面积,取144.71×106m2;d为热储厚度,取600m;Tr为热储温度,根据区域内薰衣草庄园热水井,取46℃;T0为当地年平均气温,取14.7℃;ρr为热储岩石密度,寒武系取2.7×103kg/m3;Cr为热储岩石比热,寒武系取0.92×103J/kg·℃;ρw为地热水密度,取 0.986×103kg/m3;Cw为地热水的比热,取4.18×103J/kg·℃;φ热储岩石的孔隙度,寒武系取3.2%。经计算,C=2.536 4×106J/m3·℃;Qr=68 930.57×1014J。

经计算,本区深层寒武系灰岩热储中的赋存量为68 930.57×1014J,按照1吨标准煤折合热量为2.93×1010J,深层寒武系灰岩热储中的赋存量可替代标准煤数量23 525.79万t。

地热能开发前景

地热能的开发利用受社会生产力、科学技术、水文地质条件以及政治经济等多方面因素的影响与制约只有根据区内地热能资源的特点、能源消耗结构以及经济技术等社会要素进行系统规划,才能最大限度地合理开发利用该资源。

地热能的开发利用必须在适宜区或较适宜区内采用最恰当的利用方法。具体地,要考虑地质环境、地面沉降趋势加重、高速铁路沿线两侧各500m、自然保护区的核心区、地表水源一级保护区、地下水源核心区、高层建筑密集区等的影响。

地热能的开发利用要采用科学的技术手段,利用地源热泵技术采取只采热不采水的模式,或通过采热管道技术热交换,冷暖季节交替采热和制冷余热回灌,部分或全部回灌结合,以期达到地下热储的动态平衡。

4.2 地热能开发利用方向
由于本区属地下水地源热泵系统适宜区,因此针对该区地热能的开发利用主要有2个方面。

4.2.1 地热空调。浅层地热能资源开发利用主要以冬季供暖和夏季制冷为主。开发利用适用范围较广,包括企事业单位、商场、展馆、学校、医院、宾馆和饭店等。在国家节能减排政策的指导下,许多建设工程项目纷纷采用地热空调系统,应用规模呈快速增长趋势。

4.2.2 医疗保健。地下热水具有一定的医疗价值,可作为洗浴、疗养用水或在医生的指导下进行保健,从而促进地方经济发展和人民健康水平的提升。

①在地热资源开发过程中注意加强行政管理和技术监督。加强监测网络和回灌系统的建设,使地热资源能够合理有序地开发利用,减少盲目开采对地热资源造成的浪费和过量开采导致的潜在地质灾害影响。

②加强地热尾水回灌技术和地热尾水处理研究,强化热能利用效率和传热管道保温措施,降低地热消耗和尾水温度,提高地热资源的综合利用效率和经济环境效益。

③加大科研投入,对地下热储的赋存特征、开采方式、资源保护以及环境影响等进行综合研究,以期达到地温(热)能的可持续开发利用。

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