杨凌示范区浅层地热能开发利用现状及存在问题

张亚鸽，王磊，高海峰，许泽润

(1陕西省地质调查中心，陕西 西安710060;2陕西松毅软件开发公司，陕西 西安710064)

浅层地热能是一种可再生的新型环保能源，也是一种特殊矿产资源［1］。蕴藏于土壤和地下水中，采用热泵技术进行采集利用后，不但可以满足供暖(冷)的需求，同时还可以实现供暖(冷)区域的零污染排放，直接改善区域大气质量。随着我国经济快速增长，能源形势日趋严峻。在节能减排呼声日益高涨的今天，开发利用浅层地热能对于缓解能源供应压力，建设资源节约型、环境友好型社会，对于改善我国现有能源结构、促进国家节能减排战略目标的实现具有重要意义。

1 杨凌示范区浅层地温能赋存条件

杨凌是国家级农业高新技术示范区，总面积135.08 km2，示范区规划面积22.12 km2。位于渭河盆地中部，北靠黄土塬，南依渭河，地质构造属于鄂尔多斯地台南缘的渭河地堑，南侧为我国南北方地理分界秦岭山脉，北侧为横贯陕西中部的渭北黄土塬。地形以渭河冲积平原为主体，由渭河各级阶地组成。在大地构造单元上属于关中盆地咸礼凸起。杨凌示范区地下水分布广泛，区内松散层地下水按照赋存空间可划分为黄土孔隙裂隙水和冲积、湖积层孔隙水，按埋藏条件、水力特征可划分为潜水和承压水，其中黄土台塬区主要开采潜水、浅层承压水的混合水，且以浅层承压水为主;河谷以及阶地区主要开采潜水［3］。地貌类型主要为黄土塬、河谷阶地两大地貌单元，其主要岩性有黄土、粉土、粉质粘土、细砂、中细砂、中砂、中粗砂、粗砂、砂砾卵石，其地层成因为风积、冲积和冲湖积形成。

浅层地热能赋存不仅受地质构造的影响，而且受地层结构、岩性及水文地质特征制约。杨凌区浅层地热能赋存条件受地质构造、地层结构、岩性、岩相、时代、沉积环境、水文地质特征、岩土体热物理性质及浅层地温场特征、环境地质条件的控制。经资料研究分析，杨凌示范区浅层地热能赋存条件良好，具有较好的开发利用优势。

2 开发利用现状

杨凌示范区浅层地热开发利用开始于2009年，与国内其它地区相比虽然稍有滞后但发展迅速。截止2014年底示范区有4家开发利用浅层地热能，均为地下水式地源热泵系统，主要开采利用的为冲洪湖积和冲洪积含水岩组。供暖(制冷)面积分别为11 ×104m2、10.6 ×104m2、9 ×104m2、10×104m2。书香名邸小区分布在区内三级阶地上，华建小区分布在区内二级阶地上，永丰嘉苑、田园新都市分布在区内一级阶地上，开采深度80～150 m，以浅层潜水、承压水混合开采为主。经调查，区内四家供暖小区供暖期均为120天(11.15～次年3.15)，采暖期进口平均温度为 17～19℃，出口平均温度10～13℃;制冷期 90天(6.15～9.15)，进口平均温度16～19℃，出水口平均温度24～27℃。各小区利用地源热泵系统情况如表1所示:

3 存在问题及应对建议

3.1 存在问题

(1)已建浅层地热能开发利用工程主要为建设厅推广实施的示范工程和当地住宅小区自发建设的项目，已建浅层地热能开发利用工程部分缺乏对工程场区浅层地热勘察评价工作，即使开展过勘查评价工作的项目，野外测试和室内测试及勘查评价不规范，勘查报告为简单的水文地质勘查报告，未对浅层地热资源进行评价，不能为后期工程设计提供准确依据。使浅层地温能的开发利用受到明显制约，并存在较大风险。

(2)地下水地源热泵工程的布井主要依据单井出水能力和单井回灌能力，不能合理确定浅层地热能换热功率及浅层地热能热容量。导致在供暖期地下水水温或地温降幅较大，降低了地源热泵系统能效比，增加了运行成本。

(3)由于浅层地热能开发利用项目实施时间较短，其对环境的影响及项目的可持续性尚不明确，因此在项目实施过程中，应对项目运行过程中可能影响到的环境因子进行监测。但目前我区所有浅层地温开发利用项目都没有对地下换热系统进行监测工作，只是设备对进出水温度的一个监测，不能掌握开发利用后地下换热系统的动态信息，不能对浅层地热能开发利用可持续性及效能做出判断。

(4)由于浅层地热能开发利用项目实施时间较短，浅层地温能资源开发利用是一项涉及多专业的系统工程，关键技术多而复杂，项目实施单位及基层管理单位对浅层地热能地源热泵技术尚未成熟掌握，设计施工人员素质、技术水平良莠不齐，制约了此项技术的推广应用。

(5)取水井和回灌井的施工工艺较差，洗井不彻底。回灌管道多位于回灌井井口，回灌过程中形成气堵，回灌量减少，并加快了井管腐蚀，降低水井的使用寿命。

3.2 应对建议

(1)尽快完成杨凌示范区浅层地热能调查评价工作，查明浅层地热地质条件、分布规律;重点开展热泵相关土壤参数调查;研究浅层地热能资源和地下水之间的相互关系;划分不同热泵类型(地下水、地埋管)适宜区，估算地源热泵适宜区浅层地热能资源量;制订切合实际的浅层地热能开发利用规划，提出合理的开发利用规模;并提出可能引发的环境地质问题及应对措施。

(2)依靠科技进步与创新，提高浅层地热能应用的技术水平。浅层地热能开发利用不仅涉及资源勘查评价、地下换热、热泵技术以及建筑物内供热(冷)系统等多方面的配套技术，更是涉及多学科关联、借鉴的应用技术。因此不但要有单项技术的提高，还要强化和提高相互之间的协调和配合。

(3)开展区内浅层地热能开发利用示范工程地下换热系统动态监测工作。在已有的地源热泵项目中，选择不同类型的开发利用典型，开展地下换热系统动态监测。进行地下水、热均衡长期动态监测和研究，为地下换热系统工程的优化和完善以及资源环境保护提供依据。

(4)制定设计、施工、勘查、监测资质管理制度，逐步实行市场准入制和工程监理及技术人员的培训上岗制度，保证施工队伍的技术水平和工程质量。

(5)浅层地热能开发利用初期投资高，但运行管理用费低且具清洁、高效、节能的特点，具有很好的开发利用前景。政府应出台相关优惠政策鼓励浅层地热能的开发利用［3］。

4 结语

浅层地热能具有节能、经济、节水、环保等诸多优点，并受到政府的大力扶持和鼓励，应用前景广阔。杨凌示范区在五年时间推广应用里取得了良好的经济和环境效益，但同时也存在不少问题，比如目前亟待完成区浅层地热能评价，浅层地热能地源热泵换热技术的完善与成熟，改善取水井和回灌井的施工工艺等。因此，在开发利用的同时解决好出现的问题才能使浅层地热能的开发利用进入良性循环，体现出浅层地热能作为可再生新型环保能源的优势。

［1］DZ/T0225-2009.浅层地热能勘查评价规范.［S］.

［2］邢宪龙，刘文辉，田慧明，等.杨凌区水文地质普查报告［R］陕西省地质矿产开发局.2011.06.

［3］陶庆法，胡杰浅层地热能开发利用现状、发展趋势与对策［G］.2007年全国地热(浅层地热能)开发利用现场经验交流会集.北京:地质出版社，2007.