浅层地热能与干热岩资源潜力及其开发前景对比分析

■张领

（河南省有色金属地质矿产局第六地质大队 河南 郑州450046）

浅层地热能与干热岩资源潜力及其开发前景对比分析

■张领

（河南省有色金属地质矿产局第六地质大队 河南 郑州450046）

作为地热能中最具潜力的重要组成部分，地热能与干热源资源实际作用的充分发挥，有利于满足国家对于可再生能源的需求，增强我国生态环境的保护效果。在可靠的开发技术支持下，可以加大地热能及干热岩的开采量，优化地热能系统的服务功能，扩大可持续发展战略的实际影响范围。加强对地热能与干热岩资源潜力的深入分析，有利于加快现代化城市的发展速度，为人们正常的生产生活带来更多的便利。基于此，本文将从不同的方面对浅层地热能与干热岩资源潜力及其开发前景进行必要地对比分析。

浅层地热能干热岩资源开发前景可持续发展

相对而言，我国的地热能资源开发利用时间长，逐渐形成了较为完善的理论体系及可靠的开发技术。在此形势影响下，结合实际生产活动的具体需求，加大地热能与干热岩资源的有效使用，有利于改变我国的生态环境质量，减少非可再生资源的利用量。现阶段各种科学技术的不断发展，利用换热工质循环回路进行持续热提取技术的有效使用，为浅层地热能与干热岩资源开发效率的提高带来了重要的保障作用，最大限度地满足了实际生产活动开展中的能源多样化需求。

1 浅层地热能与干热岩资源潜力对比分析

地球表层的某一深度区域的热量循环过程中形成的清洁性能源，即为浅层地温能。这种能源的有效使用，需要借助于可靠的开发技术，加强对开采区域地质条件的深入分析。结合我国地质调查局对于全国大部分城市的浅层地热能的调查分析，可知：中国所有省会级以上城市每年地源热泵系统夏季（按5个月计算）换热量约为3万亿kW·h，折合标准煤约3.83亿t，可制冷面积为101亿m2；每年地源热泵系统冬季（按4个月计算）换热量为1.5万亿kW·h，折合标准煤约1.83亿t，可供暖面积为119亿m2。每年可节能2.3万亿kW·h，折合标准煤2.83亿t，可减少二氧化碳排放9.78亿t。

干热岩资源作为一种重要的清洁性资源，最先是由美国进行开发的。目前美国大部分的地热资源主要保存在EGS系统中，对于未来能源危机的有效应对具有重要的保障作用。美国的能源管理部门在相关的会议中明确提出了加强对EGS技术有效使用的重要性，并对这种开发技术在热储层性能优化中的良好作用效果做出了必要地说明。与此同时，美国的研究机构认为在EGS技术的支持下，50 GW的煤炭发电和40 GW核电生产中将会更加依赖于干热岩资源：在提高电力系统发展潜力的同时将会提高生态环境质量。

我国的干热岩资源储量大、分布范围。初步估算，在埋深3～10 km范围内的干热岩资源量达到860万亿t标准煤，按照2%的可利用量计算，相当于国内2014年能源消耗总量的4480倍。因此，需要加大对干热岩开采技术的研究，最大限度地满足我国的各行业生产过程中的能源需求。

2 浅层地热能与干热岩资源的节能效果对比分析

合理地运用地源热泵技术，可以对浅层地热能进行有效地开发。这种开发技术最大的优势是节能环保效果好，在浅层地热能开发应用中对周围的生态环境进行了必要地保护，逐渐地提高了这种清洁性能源的利用效率。在地源热泵技术的支持下，浅层地热能可以广泛应用于各类建筑供热、制冷系统中，为人们创造良好居住环境的同时减少了相关能源的消耗量。相比传统的空调与电采暖设备，运用浅层地热能资源时，能源消耗率分别降低40%和70%，实际产生的运行费用相比传统的中央空调将会减少55左右。结合我国华北地区的地理环境，由于其冬天供暖期较长、夏天的制冷时间相对长，合理地使用浅层地热能，可以在保证能源供应充足性的基础上逐步地优化我国的能源结构，满足生态文明建设的具体要求。

干热岩开发由于起步时间晚，目前还没有真正地形成运行周期长的系统工程，实际的节能效果无法做出合理地评价。但是，随着信息化技术与各种钻井技术的不断发展，未来市场中干热岩发电将会有着较高的市场占有率，具体较大的节能潜力。

3 浅层地热能与干热岩资源的经济效益对比分析

在可靠的地源热泵技术支持下，我国的浅层地热能在实际的应用中取得了较大的经济利益。具体表现在以下方面：

热泵机组在对家属楼供暖期间，一个供暖季家属楼用电为42.24万kW·h，按照居民用电价格0.52元（/kW·h）计算，总用电费用为24.04万元。家属楼供暖建筑面积为15550 m2，则供暖季办公楼供暖费用为15.46元/m2。

热泵系统投资初期相对整个热泵运行过程收益而言，仅占很小部分。根据实际工程测算，如采用地下水的地源热泵系统，系统初期投资约为250～420元/m2，其中冷源部分的投资大概在150～220元/m2。如采用土壤源地源热泵系统，投资初期平均在300～480元/m2，其中冷源部分投资约为200～270元/m2。

以上的内容客观地说明了在合理地地质条件及完善的基础设施市场下，合理地使用地源热泵技术，提高浅层地热能资源的利用效率，可以减少我国某些地区的冬季采暖成本与夏季空调系统制冷成本。

相比地源热泵技术作用下的浅层地热能，干热岩发电目前还没有达到理想的发电效果。但是，通过一些示范工程的展示，可知这种能源有着较大的市场发展潜力，在发电量增加及节能环保方面有着一定的优势。与太阳能光电池及相关的发电基础设施的发电成本相比，干热岩的发电成本低。在未来科学技术的不断发展过程中，灵活运用成熟的干热岩技术，将会使干热岩发电的电价保持在合理范围内，为社会各行业的发展提供更多的便利。与此同时，结合国内外干热岩发电的研究现状及实际的应用效果，可知加强对干热岩发电成本的控制，有利于扩大这种能源的实际应用范围。实现这样的发展目标，依赖于国家各种政策的大力扶持，并对其来的电价进行必要地调整。除此之外，结合可靠的勘探技术，建立更多的干热岩EGS示范工程，需要对工程建设中的投资风险进行必要地控制，提高各项资金的利用效率。

4 浅层地热能与干热岩资源的环境影响对比分析

浅层地热能与干热岩都属于清洁性能源。但是，在具体的开发过程中，开发技术选择不合理、资源存储量评估不准确等，将会给周围的生态环境带来潜在地威胁。相关的研究报告指出，目前影响浅层地热能的主要因素有：地下水位的动态变化、热堆积与热堆积，给周围的居民的居住环境造成了一定的影响。对于一些区域渗透性差、水力传导效果一般的地层，地下水位的下降将会影响回灌井的实际作用效果，加大了热堆积现象及冷堆积现象出现的几率。因此，在浅层地热能开发的过程中，技术人员需要在专业设备的支持下，加强对开采区域地质条件的深入分析，结合这些区域的环境特点，选择可靠的开采技术，确保浅层地热能开采能够达到预期的效果，减少对周围环境的影响。浅层地热能开采中EGS工程减少使存在着微震的问题，可能会对周围的建筑物产生一定的影响。以下面某地源热泵工程为例。

系统设计了4个水井，井深均为80 m，区域稳定地下水位为46m。系统在家属楼供暖期间采用一抽两罐模式、1号井抽水，2、3号井作为回灌井。抽水过程中1号抽水井水位下降4.8 m，2号注入井水位上升2.6 m，3号井水位上升4.3 m。在抽水结束后3个井的水位很快恢复到稳定水位值46 m。在该系统运行的过程中，为了降低微震产生的几率，应采用一抽两灌的方式，将灌采比控制在合理的范围内，优化这些区域地层的渗透性，促使浅层地

热能开采过程中能够减少对周围环境的影响，增强其整体的节能环保效果。

在干热岩水力压裂过程中，随着裂隙的生长热储层逐渐扩大，同时伴随微震的发生。可以通过在地表和地下埋设微震检波器来预测震源及震级。目前为止，瑞士的Basel干热岩开发工程是唯一受微震事件影响而中止的项目，工程由于施工在城市中心，微震对附近居民带来了一定的恐慌。随着微震等级的增加，对于人们的生活影响愈加明显。而在EGS工程建设的过程中，微震效应的发生可以为开采井布设优化、评价激发效果的增强提供必要的参考信息，有利于加快干热岩开发工程的建设步伐。这些方面的不同内容，客观地说明了干热岩资源开采中微震效应合理利用的重要性。

5 结束语

相比干热岩开发技术，我国的浅层地热能技术非常成熟，可以结合不同地区的地质条件进行有效地开发。在干热岩开发的过程中，为了能够达到预期的效果，需要对这种资源的开发条件进行必要地勘察，并做出相关的评价。与此同时，构建EGS国际长期交流合作机制，增强既有技术的转化效果，对于未来干热岩技术实际应用范围的扩大具有重要的指导意义。因此，需要做好浅层地热能与干热岩资源潜力及其开发前景的对比分析工作。

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F407.1[[文献码]B

1000-405X（2016）-12-33-1