地热资源的开发利用及可持续发展

2018-04-20郭东升

中华建设 2018年3期

郭东升

地热资源是指在当前技术经济和地质环境条件下，地壳内能够科学、合理地开发出来的岩石中的热能量和地热流体中的热能量及其伴生的有用成分。近年来，我国环境问题日益严重，能源消耗大幅增加，地热资源的开发利用及可持续发展，已成为我国的重点关注内容。

一、我国地热资源基础及其潜力

拥有地热资源的区域主要分布于地球各大版块的交界地带，在俯冲带的前端往往会出现高热流，而在地壳变动较为剧烈的地区，往往是地热异常区，如中、新生代造山带等。从地理位置来看，我国处于亚欧板块之上，一方面会受到太平洋板块和菲律宾板块的挤压作用，另一方面会受到印度板块较强的碰撞作用，在这几个方面的作用力之下，为我国地热资源的开发利用造就了特殊的格局。

我国有着较为丰富的地热资源，具体表现为中低温地热资源，而且这一资源在我国分布于各个地区，且在松辽平原、黄淮海平原、江汉平原、山东半岛以及东南沿海等地的地热资源较为丰富。我国还存在少量的高温地热资源，这些资源主要分布于南方的广东、福建、四川以及西藏等地区。

二、我国地热资源开发利用现状

1.利用方式主要为直接利用

在我国，针对地热资源的利用，主要采用直接利用的方式，受地理条件限制，从东部到西部，地热资源的存储条件逐渐变差，据了解，我国目前只发现两处高温地热田，分别为西藏羊八井和羊易地热田，而剩下的主要为中低温地热田，其地热温度在90～150℃之间，利用价值相对较低。在地热资源的利用过程中，北方地区的地热资源主要被用来进行养生和休闲，东南沿海地区主要用于养殖、空调等，西部地区主要用于开发旅游产业。而利用地热资源进行发电方面的发展比较缓慢，我国中低温地热发电站建设情况如下表所示：

我国中低温地热发电站情况

2.利用热泵技术开发地热资源发展迅速

热泵的原理是通过消耗高质能，并通过热力循环，将热能从低温物体传递给低温物体。由于热源形式不同，通常可以将热泵分为空气源热泵、水源热泵和地源热泵等。其中，地源热泵指的是利用土壤或地下水的低温位热能和它们的蓄热性能的一种热泵系统。当前，我国地源热泵的规模在以每年30%的速度进行增长，在地源热泵技术的应用过程中，我国取得了巨大的成就，通过对地源热泵的利用，每年因能源消耗而产生的二氧化碳含量降低了4*107吨。

3.地热资源的开发利用受到了油区的重视

油区对地热资源的开发利用主要表现为沉积盆地型油气田对地热资源的开发利用，因为这一类型的油气田具有良好的条件。具体而言，在油气田生产实践中，可以更加便捷地获取地热资源的相关信息，所获取的数据信息更为全面，而且在整个地热资源开发利用过程中，节省了大量的成本。

而且，那些不再有价值的油气钻井可以直接作为地热井使用，进而充分发挥钻井的作用。而且，一些常年使用的油气田已经进入了开采后期，具有较高的采出程度，其含水量已达到了80%以上，平均温度超过了40℃，因此会形成非常具有利用价值的地热资源。针对那些开采后期的油气井，将原先的油气开采工作予以停止，并转变为开发地热资源，然后对原有的油气开采设备进行稍加改造，进而充分投入到地热资源开采中，这样可以极大地提升地热资源的开采效率。

就目前的情况来看，我国利用油区所开发的地热资源主要表现在伴热输油、生活供暖以及植物培养等方面。例如，大庆油田的第二采油厂，将油田产出的水作为低温热源，而运用热泵技术将传统的供热锅炉予以替代，进而完成了对整个油厂的供暖，就目前的情况来看，其运行状态良好，其提供的热量，可以保证室内温度始终保持在18～20℃之间。而胜利油田在地热利用过程中，则是直接钻探地热井，然后利用热泵技术，将油田所产生的污水中含有的热量置换出来，进而完成了对当地居民的供暖。

三、地热资源开发利用过程中应关注的问题

就目前的情况来看，我国地热资源的开发利用程度还不够高，仍然存在资源浪费的现象，而且在地热资源利用过程中，还存在地热水回灌、结垢、设备腐蚀等问题，这些问题的出现，对我国地热资源的利用造成了很大的负面影响，所以，进一步理清地热资源开发利用过程中应关注的问题，对地热资源的开发利用有着重要的意义。

1.对地热资源的开发利用还不够重视

就目前的情况来看，我国在地热资源开发利用过程中，主要表现在种植、温泉等方面的直接利用，但是此类模式的应用过程中，无法充分发挥地热资源的价值。在我国，虽然一些油气田对地热资源进行了利用，但是利用程度相对较低，缺乏国家相关政策的扶持。而且，除了几个大型的地热田之外，大多数地区都没有针对地热资源的勘探进行科学评估，导致无法获得全面而真实的数据信息，这就给我国地热资源开发利用的规划工作造成了很大的阻碍。为此，应该通过国家相关部门的协调管理，对我国的地热资源进行科学而全面的调查，并根据调查信息对地热资源情况做出评价，在科学评价的基础上制定相应的地热资源开发利用方案，进而有效推动我国地热资源的开发利用。

2.腐蚀结垢影响地热资源的开发利用

在地热资源的直接利用或间接利用过程中，井管、地热泵、井口装置以及热换器等经常会出现腐蚀情况，这一问题的出现，必然会影响到地热资源的开发利用效果。具体而言，是因为地热水的矿化程度相对较高，其中含有的离子种类较多，在与各类金属设备进行接触后会发生相应的化学反应，进而对其产生腐蚀。在地热资源开发利用过程中，地热水会在相应的管道内进行运输，随着运输位置的变化，其所受到的温度和压力也会发生变化，进而与金属物质发生相关化学反应，而且，受温度和压力变化的影响，地热水的饱和度会降低，进而将其所带有的物质被析出来，长此以往，则会形成沉淀，即运输管道的污垢。

当腐蚀结垢问题出现后，会明显减低地热设备的使用年限，而且会将地热资源的利用成本提升，不利于整个系统高效稳定的运作。针对此类问题，一些机构所采用的办法就是在管道壁上涂抹防腐层，或者将地热利用设备的材料替换成防腐材料。而为了防止结垢情况的出现，则采用的方式是在地热水中添加化学阻垢剂，还可以利用电磁场的效应进行除垢工作。

3.进一步加强地热水的回灌

在地热资源利用过程中，地热回灌是避免地热废水直接排放引起热污染和化学污染的重要措施，而且，可以有效维持热储压力，促使地热田可以被持续开发和利用。然而，将低温水灌入到热储中，整个过程非常复杂，如果回灌井的位置不当，或者回灌量过大，都会导致热储冷却，进而影响到地热资源的利用效果。在地热资源的开发利用过程中，如果采用的回灌工艺不科学，则会导致回灌井的作用得不到发挥，甚至无法正常运行。回灌开发是地热资源开发利用的必然选择，通过技术创新，提高回灌率，是实现地热资源开发利用可持续的重要保障。

4.增强型地热系统研究有待加强

增强型地热系统是一种不需要自然对流热水溶液的新型地热能源系统，其利用地球深处热源（多是花岗岩，称为干热岩、高温岩体）中的天然热，通过水力激发而产生地热资源，是地热资源开发利用的重要途径之一。