贵州省安顺地区浅层地热能开发利用现状及发展模式探究.pdf

西部资源049WESTERNRESOURCES西部资源水文地质、环境地质、工程地质2023年第3 期贵州省安顺地区浅层地热能开发利用现状及发展模式探究罗树应（贵州省地质矿产勘查开发局一一二地质大队，贵州安顺561000)【摘要】为使安顺地区能源供给紧张得到缓解、浅层地热能开发利用稳步推进、市民获得更多实惠，促进社会经济可持续发展。本文通过分析安顺市浅层地热能开发利用实施滞后的原因，提出推进安顺市浅层地热能开发利用的建议或对策。【关键词】安顺地区；浅层地热能；资源；开发利用浅层地热能，指蕴藏在地表以下一定深度范围内岩土体、地下水和地表水中具有开发利用价值的热能，即地源热泵换热技术可利用的蕴藏在地表以下2 0 0 m以浅，温度低于2 5的热能 2 。其能量主要来源于太阳辐射与地球梯度增温。浅层地热能通过热泵技术采集利用后，可以为建筑物供暖，较常规供暖技术节能50%一6 0%，运行费用降低3 0%一4 0%。浅层地热能分布广，储量大，再生迅速，利用价值大。中国浅层地热能主要通过地源热泵技术加以采集利用。不但可以满足供暖需求，也降低了排放的污染量，有利于保护环境。该能源开发利用的原理是以地源热泵利用温度恒定的地质体或水体与外界的温差，以浅层地热能作为冷、热源，通过地源热泵系统消耗少量的机械能，为人类供暖、制冷。常规地源热泵系统有地下水地源热泵系统和地埋管地源热泵系统。图1为浅层地热能运作原理图。热水地表浅层恒温地热图1浅层地热能运作原理图“热泵”一词，19 12 年由瑞士人提出，19 4 6 年第一个热泵系统在美国诞生。19 7 4 年起，瑞士、荷兰和瑞典等欧洲国家政府逐步资助建立示范工程。我国热泵的研究时间始于2 0 世纪50 年代，由天津大学热能研究所的吕灿仁教授在19 54 年开展了我国热泵的研究工作，在19 6 5年研制成功国内第一台水冷式热泵机组，但发展缓慢，直到8 0 一9 0 年代，兴起了新一轮的研究 3 。19 9 4 年3 月，国务院批准了中国2 1世纪议程下的可持续能源计划。19 9 9 年，正式启动了北京嘉和园国际公寓、宁波服装厂厂房楼、广州松田学院教学主楼三处示范性工程，建筑总面积13.2 3 8 10*m。随着我国能源结构政策的调整，以燃煤和耗电为主的锅炉采暖、空气源热泵供冷的传统方式会被更加高效的以浅层地热能为热源的地源热泵供暖或供冷方式取代。随着地源热泵技术的逐步完善，浅层地热能也日渐成为我国今后一段时间内地热能开发利用中最普遍最主要的能源。在我国建筑物供暖或制冷中，浅层地热能所占的比重将越来越高。表1为我国2 0 11年与2 0 2 1年新型能源应用面积对比，浅层地热能应用面积增加倍数最大，由此看出浅层地热能源已逐渐成为普遍应用的能源之一。表1我国2 0 11年与2 0 2 1年新型能源应用对比能源类别2011年2021年太阳能应用面积14.210m63.710m地表水源热泵应用面积2.110m10.510m风能应用面积14.810m66.310m浅层地热能应用面积6.410m35.410m现阶段，我国社会经济飞速发展，随着人们生活水平的不断提高，社会发展对能源的需求量越来越大。安顺地处黔中腹地，属高原型湿润亚热带季风气候，冬季最低气【作者简介】罗树应（19 8 4 一），男，硕士，高级工程师，主要从事水文地质、工程地质和环境地质工作。【基金项目本文受“贵州省地质矿产勘查开发局地质科研项目（黔地矿科合 2 0 2 1 0 7）”资助。050西部资源WESTERNRESOURCES西部资源WESTERNRESOURCES温-7.6，相对寒冷，取暖消耗大量电能（电煤转化）、燃气，产生的二氧化碳等污染物对空气造成了一定影响。从长远的角度分析，浅层地热能是安顺地区最具有开发利用潜力的清洁环保能源安顺区内三叠系安顺组、关岭组白云岩广泛出露，厚度3 0 0 50 0 mll，水文地质条件优越，白云岩热导率系数、热扩散系数等热物性参数高，蕴藏着丰富的浅层地热能资源。目前，安顺地区浅层地热能开发利用方面处于空白，尚无已建成、在建、拟建利用浅层地热能资源的工程，发展较为滞后，造成了大量资源浪费、闲置。1.自然地理安顺地处黔中腹地，地理位置东经10 513 10 6 3 4，北纬2 52 1 2 6 3 8 南临北盘江与黔西南州相望，西与六盘水相连，北与毕节市接壤，东与贵阳、黔南相邻，总面积9187.23km。沪昆铁路和黄织铁路境内交错，沪昆、花安、赤望、都香高速公路贯穿全境，交通便利。在南部和西南河谷区具有亚热带季风温暖春干气候特点。研究区地处云贵高原东部斜坡地带二级台阶之上，苗岭山脉西段南北两侧，地势总体中北部高，北部-东北部-西南部-东南部低，境内碳酸盐岩广布，岩溶发育，河流多发源于西部高山区和中部山区，处于长江流域乌江水系和珠江流域北盘江水系的分水岭地带，主要径流受地形与地质构造条件制约，由西部和中部分别向东及南、北方向呈扇形展布，以东南流向为主，水能资源丰富。安顺属于国家区域经济规划重点发展的黔中经济区，总人口2 9 0 余万人，旅游资源丰富，是发展潜力较大的新兴城市。2.地热地质条件研究区处于上扬子地块与江南复合造山带交汇区，大地构造横跨威宁隆起区、六盘水裂陷槽、织金穹盆构造变形区、兴义隆起区、册亨东西向紧闭褶皱变形区、望谟北西向褶皱带、都匀南北向隔槽式褶皱变形区。其具体划分为：（1)北西向构造带：展布于关岭县、镇宁县西部及紫云县西南部；（2)北东向构造带：分布于辖区中部及北部的西秀区、普定县及平坝区的中西部和北部；（3)南北向构造带：发育于平坝区东部、西秀区东部及紫云县东部及南东部；（4)断裂构造：木岗-镇宁-紫云一线北东部断裂主要呈北东向，南西部以北西向为主，乐平官屯、七眼桥和鸡场-双堡挽近期活动断裂呈北东向；永宁-花江、关岭-打邦挽近期活动断裂和安庄坡-武胜堡深大断裂呈北西向。研究区范围内出露地层自寒武系中下牛蹄塘组(Ei-2n)至第四系(Q)沉积序列中,除缺失志留系(S)外,其余地层均有出露，尤以三叠系地层发育最全，分布面积最广，二叠系玄武岩在北部轿子山地区有零星分布。地层岩性以碳酸盐岩系为主，主要为灰岩、白云岩、白云质灰岩、泥灰岩等，约占辖区国土总面积的7 5%；其次为碎屑岩，包括砂岩、泥岩、页岩、玄武岩、第四系。区内地下水主要赋存于碳酸盐岩，含水岩组类型包括：纯碳酸盐岩含水岩组、碳酸盐岩与碎屑岩互层含水岩组。东部杨武-安顺城区-关岭局部地区地下水受宽缓背斜控制赋存于背斜翼部、核部的谷地，含水岩组多为下三叠安顺组、关岭组白云岩，地下水在关岭地区多受北西-南东向断层、在安顺-平坝地区受北东-南西向断层阻隔富集于沟谷及断层两盘，地下水埋深多数处在50 m左右；南部紫云、镇宁南部地下水多赋存于碳酸盐岩与碎屑岩接触带，地下水多分散排泄于沟谷，少量以地下河形式集中径流排泄于河谷，地下水埋深多为50 10 0 m或大于10 0 m。地下水系统类型可分为地下河系统、岩溶大泉系统以及分散排泄系统，其中，平坝-西秀区-镇宁东部-普定南部等地区以安顺组和杨柳井白云岩为主，地下水埋藏较浅，一般小于50 m，分布相对均匀，适宜机井开采，以分散排泄系统为主；南部打邦河、北盘江左岸的关岭及镇宁中西部、南东部紫云、北部三岔河河谷斜坡地带的普定一带，地形起伏较大，切割深，岩性以灰岩为主，地下水系统以地下河系统及岩溶大泉系统为主，安顺市地下水允许开采量6.2710m/a,水温一般在16 17 l4。3.资源现状及开发利用问题根据查阅的资料5,安顺地区出露的地层多为三叠系和二叠系地层，岩性主要为白云岩、泥质白云岩及灰岩等，安顺地区浅层地热能热容量为3.2 3 10 13 kJ.-1适宜区面积为133.41km，区域热换功率夏季为8 4.7 10*kW，位居全省第一，可供制冷面积1.2 10 m，位居全省第一；冬季为4 7.7 10*kW，位居全省第二，可供供暖面积0.9 510 m，位居全省第二。数据显示，安顺地区浅层地热能资源极为丰富，热换功率及可供制冷、供暖面积体量大。现就安顺地区目前浅层地热能开发利用存在的主要问题原因阐述如下：3.1社会认知程度较低由于浅层地热能应用推广力度不足，民众对该能源应用认知程度较低，而安顺市作为贵州省下属的一个地级市，经济发展相比省内部分地（州、市)还存在差距，工作经费投人有限，使该资源开发利用前期工作落实形成阻碍。3.2浅层地热能地质基础研究工作滞后安顺地区天然出露温泉极少，也没有进行有效利用，辖区内开展的地热地质研究工作较少，就目前发展的形势来看，相比省内，安顺地区较为落后。由于此类研究工作开展不足，有关部门和专家学者并没有对其重视，且研究浅层地热能资源开发利用技术人员较为缺乏，专业性不足，进而不能对其进行更为深入的研究，使资源开发利用一直处于停滞不前或缓慢发展的状态 63.3缺少政策扶持截至2 0 2 1年年底，安顺市职能部门尚未出台关于浅层地热能资源开发利用项目申报、实施、政策优惠等规定，也没有形成一套完整的开发利用管理体系。4.开发利用发展模式探讨4.1加大宣传力度积极开展浅层地热能资源宣传、推广工作。从能源属西部资源051WESTERNRESOURCES西部资源水文地质、环境地质、工程地质2023年第3 期性、环保、健康、使用成本等方面向社会公众进行进行宣传，积极开展示范工程的建设，尤其是社会公益性公共场所，使更多市民充分了解该资源利用的事项。同时启动打造以安顺中心城区为核心的利用浅层地热能供暖、制冷的商业、住宅示范区以及以旅游服务为主的温泉度假中心等示范工程，如黄果树景区、龙宫景区等，以此带动安顺地区浅层地热能资源的开发利用。4.2加强浅层地热能基础地质研究工作将科学发展观落实到位，突出在保护中开发以及开发中保护的理念。根据已有的地质资料，在拟开发的区块，以水文地质勘查为基础，结合实地地下水数据、信息，利用已有（如果有）的工程，查清地下水特征：包括水量、水温、水位、排泄方式及其流向，开展获取一定深度内岩土体的导热率、热扩散系数、比热容等热物性参数的工作，在可利用的范围内估算浅层地热能资源量，从而为浅层地热能资源开发利用制定完善的工作方案积极展开资源开发利用前环境影响评估工作，重点评估因开发浅层地热能资源造成新的地质环境问题或水质污染等环境问题，为综合分析评价浅层地热能资源量及开发利用潜力、评估开发利用经济及环境效益、预测可能出现的环境影响、提出合理的开发建议及综合防治措施、制定开发利用方案等提供基础支撑及技术保障，同时根据调查区水文地质条件、地质环境条件等划分地源热泵适宜区，以确定使用的地源热泵类型。职能部门可根据浅层地热能开发利用的实际情况将其纳人近期或远期规划，并积极申报“示范工程”，争取国家专项资金支持。4.3坚持政府引导、市场推进积极推动安顺地区地热能产业发展，要处理好政府职能部门与市场的关系，使市场在资源配置中起决定性作用和更好地发挥政府引导支持作用，加大专项资金投人力度，引导指导试点示范工程项目落细落实落地，形成管理制度，强化政策倾斜，完善激励措施，构建标准体系，优化发展环境，培育地热能产业发展引擎。采用多元化的商业运作模式，对招商引资的企业，按照法律法规规定，从投资补贴、税收减免等方面降低供暖企业的运营成本，营造平等竞争、共同发展的良好氛围。要坚持以企业为主体，推进市场化运作，充分发挥市场主体的积极性，激发市场主体活力，吸引更多社会力量主动参与，引进更多社会资本积极投人。4.4制定发展规划、明确发展目标优化地热能资源开发利用布局，合理划定开发利用区，科学部署地热能资源开发利用工作，重点开发利用浅层地热能试点多元梯级利用。根据规划区水文地质条件，因地制宜、科学、合理、规范地布置示范工程，明确安顺地区“十四五”“十五五”推广利用的目标。通过示范工程建设引导和推动地热能勘查及开发工程的实施，全面提升安顺市地热能资源开发利用水平，进一步强化地热能资源统一管理和技术支撑能力建设，充分挖掘地热能的开发利用潜力，大幅度提高地热能在安顺市能源利用中的比重，达到绿色发展、节能降耗的目的，从而推动安顺地区浅层地热能产业良性、健康发展4.5完善管理机制目前，浅层地热能开发利用管理涉及多个职能部门，为提高服务质量，建议设立专门的管理机构，可根据需要设立专家库对建设项目提供技术支持，专家库涵盖水文地质、地热地质、暖通空调、机械制造、设备调试等专业的专家学者。地源热泵系统是集地质环境、热泵系统、自动控制和暖通空调系统等多学科的有机结合体，需要加强配合，做到各分部都要与整体相协调，才能使整个系统运行达到经济、节能与环保的目的。浅层地热能的开发利用，涉及的勘查、评估、施工、运行管理等环节，须由专门的管理机构严格把关，参与的技术单位、团体必须持有相应等级的资质方可准入。实施的项目应取得专门的管理机构的审批同意。5.结语研究区地下水赋存条件不同，开发利用条件存在较大差异，根据区内地下水赋存条件将其开发利用条件分为三类：（1)区内宽缓背斜形成的谷地，区域出露地层为下三叠安顺组白云岩，地下水埋深多小于50 m，利于采用机井开采地下水；（2)地下河系统分布区，地下水多集中径流、排泄，补给区多为地下水疏干区，但在地下河管道上及出口处利于采用泵提、管引方式开发利用；（3）岩溶大泉系统分布区，地下水集中排泄于地表，在泉口处多采用泵提、管引方式开发利用。通过分析当下安顺地区在浅层地热能资源开发利用中面临的问题，并提出建议与对策，以此助力安顺地区浅层地热能开发利用实现可持续高质量发展，促进安顺地区能源结构调整，建设生态环境友好型社会，支持早日实现“碳达峰、碳中和”目标，实质性推动地方经济发展及社会建设。参考文献1贵州省地质调查院中国区域地质志-贵州志M.地质出版社，2 0 17.2中华人民共和国国土资源部.浅层地热能勘查评价规范DZ/T0225-2009S.北京：中国标准出版社，2 0 0 9.3韩二帅，王飞麟，孟智远.我国地热能资源提取开发利用现状与展望 J.洁净与空调技术,2 0 19(0 1)：7 1-7 3.4贵州省地质勘查开发局.贵州省地下水资源分布图说明书R.1982.5宋小庆.贵州主要城市浅层地热能利用潜力评价 J.中国岩溶,2 0 18,3 7(0 1):9-16.6李硕，骆祖江.南通市浅层地热能地埋管地源热泵开发适宜性分区与资源评价 J.工程勘察，2 0 2 0,4 8（0 8)：3 5-4 0.7陈秀忠，陈洪波，刘忠，等.浅层地热资源的开发与利用 J.华北科技学院学报，2 0 14,11（10）：2 3-2 7.