山东省地热资源开发利用模式分析研究

王东 中国石化集团胜利石油管理局有限公司新能源开发中心

山东省是我国地热资源富集区，全省16个地级城市皆发现有地热资源。据中国地质调查局公布的数据（2016），全省地下热水资源量折合标准煤693.22亿吨，地下热水可采资源量折合标煤1.16亿吨[1]。

虽然地热资源属于可再生能源范畴，但作为地热资源利用载体的水资源则属于不可再生资源，如果地热开发不采用科学合理的利用模式，将使生态环境利用与保护受到严峻的挑战，同时也会造成地热水资源的极大浪费。因此，迫切需要规划设计一种行之有效的开发模式来进行地热资源开发利用。

一、现行地热资源开发模式

山东地热能开发利用主要以供暖、洗浴等直接利用为主。传统的承发包模式（D-B-B-O）是现阶段在地热供暖开发与利用领域最为主要的模式。在该种模式中，政府、房地产开发商、专业投资公司、机关企业事业单位作为投资主体；钻井施工单位及设备安装单位作为建造主体；地质勘探科研单位作为勘查设计主体。除此之外，开发商需要与勘察设计主体签订相应的委托服务协议，由勘查设计主体开展勘查设计活动，并依据勘查设计的成果（通常表现为可研报告）向国土资源行政机关申请探矿权。国土资源行政机关审核无误后，由开发商基于此种探矿权开展钻井及设计安装的招标工作。最后，在上述活动完成且项目建成后，开发商既可以自身对项目进行运营管理，也可以委托物业公司进行管理。

在地热资源的开发利用方式上[2]，山东主要地区采用地热供暖或种植、养殖的单一利用模式，绝大多数尚未进行梯级利用并正在配套地热尾水回灌，开发利用模式的缺点体现在单一、固定，资源利用率低，资源浪费情况严重。因此，由于综合利用技术不完善，尤其是热水矿化度高等原因，地热开发给当地带来一定经济效益的同时，不合理开采及地热尾水的任意排放也给当地环境造成一定的负面影响，严重制约了地热资源的开发利用。

二、山东省地热资源开发利用模式研究

在对山东省热储及地热资源特征进行研究的基础上，针对层状岩溶热储及带状基岩热储中蕴含的地热资源，提出了相应的开发利用模式建议。

（一）梯级开发利用模式

层状岩溶热储主要发育在寒武系―奥陶系中，主要分布在鲁西北、鲁西及鲁中南地区，由于岩溶型热储回灌条件较砂岩好且发育规模较大，因此应优先开展全回灌基础上的规模化地热供暖和种植、养殖，优先进行地热资源梯级利用，并考虑多能互补。

在开发利用方式方面，由于该类热储的地热水水温一般60～90℃，按照温度高低进行梯级开发综合利用。60～90℃可用于采暖，40～60℃可用于医疗、洗浴、温室种植，25～40℃可用于水产养殖和土壤增温。主要利用过程如下：

第一级：首先将70℃左右地热水集中到泵站通过换热器换热后，供给采暖管网系统，地热水水温降至40～50℃。第二级：排出的低温热水再进入二级换热器提供给地板辐射式采暖系统，水温降至25℃。第三级：利用热泵技术将25℃左右的热水进行提温，水温加到65～75℃，换热后回水作为热泵的热源，再次进入系统进行供暖。第四级：换热后尾水温度30℃左右，经杂质处理后进入住户洗浴或送入室内游泳池用于温泉洗浴、娱乐、医疗保健等。最后将低温尾水（温度低于20℃）回灌至地下。

此外，还可考虑“地热+”模式，主要为地热能和太阳能及风能的互补及调峰利用，将地热资源与其它能源结合起来，取长补短，提高能源利用效率。

相比于传统能源供暖方式，地热能供暖项目具有如下明显的特点：①热能来源可再生，基本实现零排放；②项目一次性投资较大，但运行成本较低；③单体项目一般不大，但具有较强可复制性；④专业性较强，准入门槛较高。因此，在开发经营模式方面，建议采用公共私营合作制[3]（Public Private Partnership，以下简写为PPP）。

地热开发利用PPP模式的优势主要体现在两个方面：①科学系统的勘探开发利用地热资源。实施地热能供暖PPP项目可以极大的刺激并鼓励专业能源公司的投资开发热情，并且有效地解决了项目滚动发展资本金不足的难题。②提高市场准入门槛，促进有实力、尤其是具备中深层地热资源勘探开发能力的单位参与市场竞争。勘探开发技术单位基于其掌握并拥有的勘探开发技术，所以在PPP项目中扮演着“双重”角色。一方面，其是项目的发起人，承担项目的相关管理工作。另一方面，且是项目的股东，承担相关的权利与业义务。这种“双重”角色可以有效提升项目建造的利润率并扩大市场份额，实现可持续经营。

（二）“温泉+”开发利用模式

带状基岩热储主要发育在前新生界的各类岩石地层中，主要分布在鲁东隆起区及胶南―威海隆起区。热储岩性种类较多，碳酸盐岩、砂岩及各类岩浆岩、变质岩中均可发育，纵向上呈带状展布，分布规模有限，热储非均质性极强。因此，开发利用模式主要以温泉旅游和绿色农业相结合，限制开采规模，保障资源的可持续利用，形成“温泉+X” 的大温泉开发模式，打造健康产业城规划。从休闲产业的角度，以温泉为中心，充分考虑温泉与相关从产业的发展，形成聚集效益。同时，充分发掘当地的人文资源，形成自己独特的优势，以实现温泉旅游产业规划的创新。

利用地热管理区的资源优势，重点打造地热温泉城、休闲商业区、现代农业观光区等多个功能区。其中地热温泉城包括地热疗养区、地热娱乐区、地热别墅区；休闲商业区主要是开发高端温泉酒店，打造最佳商务会议中心及假日酒店等商业服务设施；现代农业观光区目的是发挥地热资源的延伸利用价值，以地热营造温室，发展高附加值种养殖、温泉生态农业项目，例如把地热水引入大棚种植区，通过循环保持棚内恒温，同时利用温泉洗浴后的废水加以灌溉，打造地热管理区独具特色的名牌水果，利用温泉洗浴、温泉供暖后废弃的地热矿泉水种植农作物，培育优质绿色矿泉农作物，打造地热管理区的品牌。

三、地热资源开发利用建议

在进行热储开发利用规划的同时，需要考虑地热资源保护与环境防治对策问题，提出以下几点建议：

（1）优化地热利用方式和开采模式，避免地热开发利用的单一模式，提高资源利用效率及利用规模，减少资源浪费，合理开发地热资源，促进地热资源的可持续开发利用。从能源战略的高度，对地热资源开发利用进行统一规划、统一管理、合理布局、综合利用，科学合理布设地热井，严格地热井开采量，保障地热资源的可持续开发。

（2）在地热资源开发利用中应充分利用其热资源与水资源，最大限度地开发地热资源的潜能，做到高效节约地利用地热资源。积极推行新工艺、新技术，梯级利用地热资源，根据不同地热开发利用项目对水温的不同要求，采用一定工艺多级次地从地热流体中提取热能，多层次地利用地热能，充分利用宝贵的地热资源。

（3）研究地热尾水经济全回灌系列技术，对于有条件回灌的地区，进行地热尾水的全回灌或以灌定采，制定合理的采灌制度及开采规模。回灌模式优先选用同层对井回灌，只能采用异层回灌方式的，开采层的水质应好于回灌层。

（4）加强地热井动态监测，地热井应建立动态监测制度，对地热井水的温度、水位、流量、化学成分和气体成分含量等进行监测，并保持动态监测的连续性，真实反映地热开发的历史性变化。

（5）加强地热资源开发的管理。建立地热资源开发利用数据库、动态监测系统及自动化信息管理系统，对数据随时更新和动态分析，以实现管理工作的现代化；加强地热资源法规建设，制定地热资源管理条例，健全和完善地热资源由国土资源部门统一管理的体制；采取法律、行政、经济、技术等有利措施，努力提高地热资源的利用效率，使地热开发和综合利用步入良性循环，保障地热资源的可持续利用。