陕北地区地热开采现状研究

王一凡，高俊义，徐跃洋，高喆森，刘玉皓

（延安大学建筑工程学院，陕西 延安 716000）

1 引言

我国地热资源开发利用的历史悠久，地热资源分布具有明显的规律性和地带性，其中陕北鄂尔多斯地区的地热资源为中低温地热资源［1]。经勘察陕西省地热资源总体储量较大，使用性能稳定，地热能的市场开发潜力较大，具有良好的社会效益和经济效益。尽管陕西省地热资源丰富，然而，非常低的综合开发利用率决定了其漫长的发展历程，并且陕北地区的地热储量也较为可观，然而资源的开发程度同样较低，各大小城镇包括陕北地区对地热能的开发尚且处于空白阶段［2]。

陕北地区属于革命老区，它是我国新兴的能源重化工基地，同时能够带动陕西经济和社会发展的火车头。陕北辖榆林、延安两市，面积辽阔，并且蕴藏着丰富的石油等矿产资源。在快速发展的同时，也伴随出现了一些不容忽视的问题。陕北地区地热有效开采具有以下意义：①有利于陕北地区资源的可持续发展。陕北地区以煤炭、石油为主要能源，然而这些都属于非再生能源，而地热能是可再生能源，这迫切需要陕北地区改变以往发展模式，实现转型跨越模式，以非再生能源消耗型向再生能源消耗型转变；②有利于陕北地区乃至全国经济社会的可持续发展。陕北地区属于革命圣地，在中国革命历史上具有浓墨重彩的一笔，如何实现可再生资源的综合开发利用，考验到革命圣地政府的长远决策能力，提升当地政治、经济、文化繁荣程度，进而影响到中国的经济发展；③有利于政府出台相关长远发展战略，有效促进陕北地区开发建设的政策措施。

本文根据调查统计结果，对陕北地区地热资源开采机制当中存在的问题及原因进行分析，并提出相关建议。

2 地热开采概念模型

地热开采概念模型见图1［3]。地热开采基本原理：一般需要机械钻取注入井和生产井，地面高压泵将常温水通过注入井输送到干热岩底部，同时要求干热岩底部形成广泛的人工压裂裂缝、天然裂隙或天然断层，并泵送注入井水流与地下裂隙中储存的大量热对流换热后把热量源源不断地输送到生产井附近，再由生产井抽取热水输出到地面用于取暖、发电等，通过这种方式即可完成注水井和生产井所组成的热采水循环过程。

图1 地热开采概念模型

3 陕北地热能的类型

根据地热能赋存埋深和温度，地热能可分浅层地热资源、水热型资源、干热岩地热资源。地热能赋存埋深见图2。一般小于200 m 范围内岩土体、地下水和地表水的热能称为浅层地热资源，采用热泵抽取地热资源进行综合利用；200 m＜地表深度＜3000 m 范围内岩土体、地下水的热能称为水热型地热资源，采用地应力形成的天然通道或人工钻井进行开采地热资源；埋深大于3000 m、温度大于200°C ，内部不存在流体或仅有少量地下流体的热储岩体称为干热岩地热资源。

根据陕北地区特殊的黄土高原地形地貌特征，地热资源的埋置深度可能在100 m～3000 m 范围内岩土体内，故地热能属于浅层地热能或水热型地热能的可能性更大。

图2 地热能赋存埋深示意图

4 陕北地热资源的开发利用形式

地热开发利用方式见图3。用于发电和直接利用是地热资源的开发利用的主要形式。中低温地热资源以直接利用为主，高温地热资源则主要用于发电；浅层地热能（25°C 以下）可利用地源热泵进行供暖和制冷。

根据陕北地区生活和生产的基本情况，陕北地热资源的开发利用主要可用于部分住宅小区内地热供暖、大规模温室大棚种植业、大规模水产养殖业，旅游度假村温泉水疗与农业生产的综合利用。

图3 地热开发利用方式

5 陕北地热发展现状及问题

（1）地热形成条件的局限性

陕北地区属于黄土高原，相对于盆地，其地形地貌起伏不平，不利于地热资源的开采。而地热资源一般形成于盆地区域，相对于盆地区域，可能需要更加成熟的勘探技术和人力、物力、财力投入较大的成本勘探和开采地热资源。

（2）管理方面存在的问题

①政府和相关部门不能对地热资源与地下水资源作出清晰的认识。地热能是在地球构造板块边缘一带，熔融岩浆和放射性物质的衰变在地球内部形成的一种可再生资源，而地下水资源指能够提供给人类使用一定时间段的地下淡水量，并且这种淡水量可以循序渐进地得到恢复的地下水资源。由此可见，政府和相关部门必须从两者的基本概念入手对地热资源与地下水资源作出清晰的认识之后方可制定政策发号施令。

②由于前期政府部门和相关地热开采企业对地热地质基础资料掌握不详实，加之政府部门对地热资源前期勘查投入财政援助不足，使得地热地质基础工作做得不到位。对地热能开发的具体事项没有明确的规章制度。这些制度上的欠缺造成了陕北地热能开发的局限性，陕北新能源的开发和能源结构优化调整只能空喊口号，缺乏实际行动。

③地热资源开发利用结构模式单一，地热能系统循环利用模式欠缺，目前存在的模式造成地热资源的较大浪费。例如旅游度假村温泉洗浴的尾水，一般温度在38℃左右，这些尾水没有经过再次循环利用，全部排入河流，这样可能造成热能的浪费，同时还可能造成热污染和地下水资源的污染。

④地热资源的开发秩序不良，开采的设备也比较落后，造成了能源上的极大浪费。地热资源的开发秩序良莠不齐，开采的设备也比较陈旧、落后，不能够高效提高设备的利用率，造成设备成本大幅度提高，增加地热开采企业负担。

⑤地热产业的经济增长方式以高投入、高消耗、高污染，低产出、效益低的粗放型生产模式［4]。这需要政府制定明确的新能源开采规章制度，同时要求地热能源开发公司能够不断学习新的地热开采知识，提高公司是管理与技术水平，促使政府与地热开采企业从粗放型生产模式向集约型生产模式转变。

⑥地热的粗放式发展也一定程度上引发了地下水及空气的破坏，但是根本原因还是陕北地区能源经济发展模式的弊端，造成了经济的滞后及环境的污染。

（3）技术方面存在的问题

①地热资源勘查技术手段落后，精准勘查能力有待提高。地热资源勘查技术的专业化程度要求较高，需要不断向国内外地热勘查研究院或企业学习新的先进知识，尤其对于复杂地层钻探，更加需要科学的认识能力和先进的设备去应对，避免出现效率低、成本高、事故率高等不良结果。

②从事地热钻探技术的作业人员抵御突发风险能力较差，施工设备得不到及时的升级更换，而且施工作业人员专业准入门槛较低。由于地热勘探与开采行业兴起不久，加之企业不能及时给予从事地热钻探技术的作业人员足够的专业知识培训，导致作业人员应对突发事故的抗风险能力大大降低，企业为了降低开销，会长期使用本应该升级或更换的设备，作业人员大部分是农民工，技术水平良莠不齐。制。陕北作为革命圣地，建议中央和陕西省政府在政治、经济、文化领域的财政上给予较大的倾斜，地方政府应制定出具体有效可再生能源长期发展规划的财政预算，三位一体化共同解决陕北地区可再生能源长期发展的财政瓶颈。

（3）建立政府大力招商引资的长效发展机制。建议大力宣传地方自然资源优势，对于可再生能源的开采企业，以较低的税率与更多的政府补贴吸引企业入住陕北地区，更好地实现陕北地区经济的转型跨越发展。

（4）建立地方可再生能源开采的相关政府官员和企业管理人员定期学习的培训机制。建议地方可再生能源开采的相关政府官员和企业管理人员应定期去一些高校和研究院学习新的专业知识，或定期组织参加一些学术会议，有利于提升政府政策的正确制定和可再生能源的科学勘探与开采。

（5）建立“陕北地热开发特区”。建议中央政府和陕西省政府在可再生能源发展方面的政策予以倾斜，在此基础上逐渐形成类似“长三角”“珠三角”的“以陕北为中心的晋、陕、蒙开发特区”，培养地热资源开发市场，对地热资源实现资产化管理［5]。

6 结语

针对陕北地热开采现状，提出如下建议：

（1）建立政府制定可再生地热资源开采利用的长效机制。建议政府制定陕北地区长期发展规划，改变以往以非再生能源（煤炭、石油）为主要发展模式向可再生能源（地热）开发利用的长效发展机制。

（2）建立中央、陕西省和地方政府共建的财政援助发展机