楊凌示范區(qū)淺層地熱能開發(fā)利用現(xiàn)狀及存在問題

張亞鴿，王磊，高海峰，許澤潤

(1陜西省地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安710060;2陜西松毅軟件開發(fā)公司，陜西 西安710064)

淺層地熱能是一種可再生的新型環(huán)保能源，也是一種特殊礦產(chǎn)資源［1］。蘊藏于土壤和地下水中，采用熱泵技術(shù)進行采集利用后，不但可以滿足供暖(冷)的需求，同時還可以實現(xiàn)供暖(冷)區(qū)域的零污染排放，直接改善區(qū)域大氣質(zhì)量。隨著我國經(jīng)濟快速增長，能源形勢日趨嚴峻。在節(jié)能減排呼聲日益高漲的今天，開發(fā)利用淺層地熱能對于緩解能源供應壓力，建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，對于改善我國現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)、促進國家節(jié)能減排戰(zhàn)略目標的實現(xiàn)具有重要意義。

1 楊凌示范區(qū)淺層地溫能賦存條件

楊凌是國家級農(nóng)業(yè)高新技術(shù)示范區(qū)，總面積135.08 km2，示范區(qū)規(guī)劃面積22.12 km2。位于渭河盆地中部，北靠黃土塬，南依渭河，地質(zhì)構(gòu)造屬于鄂爾多斯地臺南緣的渭河地塹，南側(cè)為我國南北方地理分界秦嶺山脈，北側(cè)為橫貫陜西中部的渭北黃土塬。地形以渭河沖積平原為主體，由渭河各級階地組成。在大地構(gòu)造單元上屬于關(guān)中盆地咸禮凸起。楊凌示范區(qū)地下水分布廣泛，區(qū)內(nèi)松散層地下水按照賦存空間可劃分為黃土孔隙裂隙水和沖積、湖積層孔隙水，按埋藏條件、水力特征可劃分為潛水和承壓水，其中黃土臺塬區(qū)主要開采潛水、淺層承壓水的混合水，且以淺層承壓水為主;河谷以及階地區(qū)主要開采潛水［3］。地貌類型主要為黃土塬、河谷階地兩大地貌單元，其主要巖性有黃土、粉土、粉質(zhì)粘土、細砂、中細砂、中砂、中粗砂、粗砂、砂礫卵石，其地層成因為風積、沖積和沖湖積形成。

淺層地熱能賦存不僅受地質(zhì)構(gòu)造的影響，而且受地層結(jié)構(gòu)、巖性及水文地質(zhì)特征制約。楊凌區(qū)淺層地熱能賦存條件受地質(zhì)構(gòu)造、地層結(jié)構(gòu)、巖性、巖相、時代、沉積環(huán)境、水文地質(zhì)特征、巖土體熱物理性質(zhì)及淺層地溫場特征、環(huán)境地質(zhì)條件的控制。經(jīng)資料研究分析，楊凌示范區(qū)淺層地熱能賦存條件良好，具有較好的開發(fā)利用優(yōu)勢。

2 開發(fā)利用現(xiàn)狀

楊凌示范區(qū)淺層地熱開發(fā)利用開始于2009年，與國內(nèi)其它地區(qū)相比雖然稍有滯后但發(fā)展迅速。截止2014年底示范區(qū)有4家開發(fā)利用淺層地熱能，均為地下水式地源熱泵系統(tǒng)，主要開采利用的為沖洪湖積和沖洪積含水巖組。供暖(制冷)面積分別為11 ×104m2、10.6 ×104m2、9 ×104m2、10×104m2。書香名邸小區(qū)分布在區(qū)內(nèi)三級階地上，華建小區(qū)分布在區(qū)內(nèi)二級階地上，永豐嘉苑、田園新都市分布在區(qū)內(nèi)一級階地上，開采深度80～150 m，以淺層潛水、承壓水混合開采為主。經(jīng)調(diào)查，區(qū)內(nèi)四家供暖小區(qū)供暖期均為120天(11.15～次年3.15)，采暖期進口平均溫度為 17～19℃，出口平均溫度10～13℃;制冷期 90天(6.15～9.15)，進口平均溫度16～19℃，出水口平均溫度24～27℃。各小區(qū)利用地源熱泵系統(tǒng)情況如表1所示:

3 存在問題及應對建議

3.1 存在問題

(1)已建淺層地熱能開發(fā)利用工程主要為建設廳推廣實施的示范工程和當?shù)刈≌^(qū)自發(fā)建設的項目，已建淺層地熱能開發(fā)利用工程部分缺乏對工程場區(qū)淺層地熱勘察評價工作，即使開展過勘查評價工作的項目，野外測試和室內(nèi)測試及勘查評價不規(guī)范，勘查報告為簡單的水文地質(zhì)勘查報告，未對淺層地熱資源進行評價，不能為后期工程設計提供準確依據(jù)。使淺層地溫能的開發(fā)利用受到明顯制約，并存在較大風險。

(2)地下水地源熱泵工程的布井主要依據(jù)單井出水能力和單井回灌能力，不能合理確定淺層地熱能換熱功率及淺層地熱能熱容量。導致在供暖期地下水水溫或地溫降幅較大，降低了地源熱泵系統(tǒng)能效比，增加了運行成本。

(3)由于淺層地熱能開發(fā)利用項目實施時間較短，其對環(huán)境的影響及項目的可持續(xù)性尚不明確，因此在項目實施過程中，應對項目運行過程中可能影響到的環(huán)境因子進行監(jiān)測。但目前我區(qū)所有淺層地溫開發(fā)利用項目都沒有對地下?lián)Q熱系統(tǒng)進行監(jiān)測工作，只是設備對進出水溫度的一個監(jiān)測，不能掌握開發(fā)利用后地下?lián)Q熱系統(tǒng)的動態(tài)信息，不能對淺層地熱能開發(fā)利用可持續(xù)性及效能做出判斷。

(4)由于淺層地熱能開發(fā)利用項目實施時間較短，淺層地溫能資源開發(fā)利用是一項涉及多專業(yè)的系統(tǒng)工程，關(guān)鍵技術(shù)多而復雜，項目實施單位及基層管理單位對淺層地熱能地源熱泵技術(shù)尚未成熟掌握，設計施工人員素質(zhì)、技術(shù)水平良莠不齊，制約了此項技術(shù)的推廣應用。

(5)取水井和回灌井的施工工藝較差，洗井不徹底?；毓喙艿蓝辔挥诨毓嗑冢毓噙^程中形成氣堵，回灌量減少，并加快了井管腐蝕，降低水井的使用壽命。

3.2 應對建議

(1)盡快完成楊凌示范區(qū)淺層地熱能調(diào)查評價工作，查明淺層地熱地質(zhì)條件、分布規(guī)律;重點開展熱泵相關(guān)土壤參數(shù)調(diào)查;研究淺層地熱能資源和地下水之間的相互關(guān)系;劃分不同熱泵類型(地下水、地埋管)適宜區(qū)，估算地源熱泵適宜區(qū)淺層地熱能資源量;制訂切合實際的淺層地熱能開發(fā)利用規(guī)劃，提出合理的開發(fā)利用規(guī)模;并提出可能引發(fā)的環(huán)境地質(zhì)問題及應對措施。

(2)依靠科技進步與創(chuàng)新，提高淺層地熱能應用的技術(shù)水平。淺層地熱能開發(fā)利用不僅涉及資源勘查評價、地下?lián)Q熱、熱泵技術(shù)以及建筑物內(nèi)供熱(冷)系統(tǒng)等多方面的配套技術(shù)，更是涉及多學科關(guān)聯(lián)、借鑒的應用技術(shù)。因此不但要有單項技術(shù)的提高，還要強化和提高相互之間的協(xié)調(diào)和配合。

(3)開展區(qū)內(nèi)淺層地熱能開發(fā)利用示范工程地下?lián)Q熱系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測工作。在已有的地源熱泵項目中，選擇不同類型的開發(fā)利用典型，開展地下?lián)Q熱系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測。進行地下水、熱均衡長期動態(tài)監(jiān)測和研究，為地下?lián)Q熱系統(tǒng)工程的優(yōu)化和完善以及資源環(huán)境保護提供依據(jù)。

(4)制定設計、施工、勘查、監(jiān)測資質(zhì)管理制度，逐步實行市場準入制和工程監(jiān)理及技術(shù)人員的培訓上崗制度，保證施工隊伍的技術(shù)水平和工程質(zhì)量。

(5)淺層地熱能開發(fā)利用初期投資高，但運行管理用費低且具清潔、高效、節(jié)能的特點，具有很好的開發(fā)利用前景。政府應出臺相關(guān)優(yōu)惠政策鼓勵淺層地熱能的開發(fā)利用［3］。

4 結(jié)語

淺層地熱能具有節(jié)能、經(jīng)濟、節(jié)水、環(huán)保等諸多優(yōu)點，并受到政府的大力扶持和鼓勵，應用前景廣闊。楊凌示范區(qū)在五年時間推廣應用里取得了良好的經(jīng)濟和環(huán)境效益，但同時也存在不少問題，比如目前亟待完成區(qū)淺層地熱能評價，淺層地熱能地源熱泵換熱技術(shù)的完善與成熟，改善取水井和回灌井的施工工藝等。因此，在開發(fā)利用的同時解決好出現(xiàn)的問題才能使淺層地熱能的開發(fā)利用進入良性循環(huán)，體現(xiàn)出淺層地熱能作為可再生新型環(huán)保能源的優(yōu)勢。

［1］DZ/T0225-2009.淺層地熱能勘查評價規(guī)范.［S］.

［2］邢憲龍，劉文輝，田慧明，等.楊凌區(qū)水文地質(zhì)普查報告［R］陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)開發(fā)局.2011.06.

［3］陶慶法，胡杰淺層地熱能開發(fā)利用現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢與對策［G］.2007年全國地熱(淺層地熱能)開發(fā)利用現(xiàn)場經(jīng)驗交流會集.北京:地質(zhì)出版社，2007.