中國地熱資源及其潛力評估

劉江科

摘要：地熱能是一種綠色環(huán)保、能夠循環(huán)利用的可再生能源，我國的地熱資源較為豐富，其中以中低溫地熱資源為主，但是我國在地熱資源的利用上仍舊處于起步的階段，主要的利用方式仍舊為直接利用，地熱發(fā)電等均較為落后。文章通過對我國地熱資源的特點進行分析，并且根據(jù)地熱資源的分類采用不同的計算方法來對各種地熱資源進行潛力評估。

關(guān)鍵詞：地熱資源；潛力評估；可再生能源；地熱發(fā)電；水熱型地熱資源 文獻標識碼：A

中圖分類號：P314 文章編號：1009-2374（2016）33-0134-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.33.066

目前能源短缺已經(jīng)成為制約中國經(jīng)濟發(fā)展的主要問題之一，在這樣的情況下，需要開發(fā)各種新型的可再生能源來保證社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。在眾多的可再生能源當中，地熱能源在我國的儲量較大、分布較為廣泛，且地熱能源的利用效率較高，具有較大的利用潛力空間。在這樣的情況下，可以對其潛力進行相應(yīng)的評估，以此來進行大規(guī)模的開發(fā)和利用，應(yīng)對全球氣候變化和節(jié)能減排的需要，同時也可以保證我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

1 我國地熱資源的分類和特征

地熱資源指的是能夠被人類所利用的地球內(nèi)部的地熱能、地熱流體和其他有用組分，地球可以被看成是一個巨大的熱庫，其中具有較大的熱能，這些熱能可以通過火山爆發(fā)、巖層的熱傳導和地下水的運動來向地表進行傳播。就目前的情況來看，能夠被利用的地熱資源包括以下方面：露出地面的溫泉、通過熱泵技術(shù)開采利用的淺層地熱能和通過鉆井來進行直接利用的地熱流體。一般情況下，地熱資源中熱能量主要包括這樣兩個部分：一部分是儲存在巖石介質(zhì)當中的熱能量；另一部分是儲存在地下熱水當中的熱能量，但是這些地熱能不能被全部開采出來，能夠被開采并且能夠被利用的部分被稱為有效利用地熱資源量。

1.1 地熱資源的分類

一般情況下，可以根據(jù)熱流體的傳輸方式、溫度范圍、構(gòu)造成因和開發(fā)利用的方式，將地熱資源分成淺層地熱能、水熱型地熱能和干熱巖型地熱能三種類型，其具體分類內(nèi)容體現(xiàn)在以下方面：

淺層地熱能主要指的是在目前技術(shù)經(jīng)濟條件下，能夠?qū)Φ乇硪韵?00米范圍內(nèi)進行開發(fā)利用的，蘊藏在巖體和地下水中的溫度低于25℃的能源。一般情況下，淺層地熱能主要包括淺層巖體、地下水和地表水中所含的熱能，這種地熱能源屬于低位熱能，可以利用熱泵技術(shù)來進行開采，同時在利用的時候不會產(chǎn)生相應(yīng)的有害氣體，就目前的情況來看，這樣的地熱能源主要被利用到城市中冬季的供暖和夏季的制冷方面。

水熱型地熱資源也可以被稱為常規(guī)地熱資源，這種自熱資源主要蘊含在較深的地下水和蒸汽中，是目前主要開發(fā)利用的地熱資源。通常情況下，可以通過人工鉆井的方法來對其中的地熱流體進行直接利用，水熱型地熱資源可以根據(jù)溫度來進行分級，150℃以上的為高溫地熱資源，150℃和90℃之間的被稱為中溫地熱資源，90℃以下的被稱為低溫地熱資源，同時也可以根據(jù)構(gòu)造成因，將這種地熱資源分為沉積盆地型地熱資源和隆起山地型地熱資源；按熱傳輸方式，可分為傳導型地熱資源和對流型地熱資源。

干熱巖又被稱為工程型地熱系統(tǒng)，其溫度一般在200℃以上，存在于地下1000米以上。這種地熱能源主要由巖石介質(zhì)構(gòu)成，在對其進行開發(fā)利用的過程中，需要向注水井當中高壓注入溫度較低的水，以此來使巖石產(chǎn)生相應(yīng)的裂縫，在裂縫的不斷擴大下，形成一個面狀的人工熱儲，這些水在發(fā)生熱交換之后，會形成溫度較高的高溫高壓水或者水蒸氣，以此來對其進行使用。

1.2 地熱資源特征

我國的地熱資源總儲量較為豐富，其中地熱資源的種類較多，分布較為廣泛，但是由于地層構(gòu)造和水文條件的影響，總體的分布并不均勻。我國的地熱資源主要以低溫地熱資源為主，而高溫地熱資源主要分布在藏南、川西和臺灣省等地區(qū)，其中的中低溫地熱資源主要是分布在山地的斷裂層和盆地當中。一般情況下，盆地當中的地熱資源相比山地斷脈來說更為豐富，總儲量也更為豐富，具有較大的開發(fā)潛力；我國地熱資源的地熱值分布非常不均勻，一般情況下，在西藏的南部地區(qū)和臺西等地區(qū)最高，其平均值能夠達到150MW/m2，在最高的地方可以達到300MW/m2。由此來看，我國的地熱資源分布具有較為明顯的規(guī)律性和地帶性，東部地區(qū)、東部沿海、臺灣和藏南等地區(qū)地熱資源分布較多，而盆地地熱資源主要分布在東部地區(qū)、瓊雷盆地、松遼盆地和環(huán)鄂爾多斯斷陷盆地等地區(qū)，山地斷脈地熱資源主要分布在東南沿海、臺灣、藏南、川西、滇西和膠遼半島等地區(qū)，對于干熱巖來說，在全球的范圍內(nèi)都有分布，其中開發(fā)利用潛力最大的為火山地區(qū)和地殼較薄的地區(qū)。

2 地熱資源潛力評價方法

對于不同類型的地熱資源，需要采用不同的評價方法，其具體方法體現(xiàn)在以下方面：

2.1 淺層地熱資源的評價方法

QR=QS+QW+QA

QS=ρSCS（1-φ）Md1

QW=ρWCWωMd1

QA=ρACA（φ-ω）Md1

式中：QR代表了淺層地熱容量；QS代表著巖土體的熱容量；QW代表著巖土層中所含水的熱容量；QA代表著巖土體中空氣的熱容量；ρS代表了巖土體的密度；φ代表了巖土體孔隙率；M代表了計算面積；ω代表巖土體的含水量。

在對地熱資源的地熱容量進行計算之后，需要對其中的資源量進行計算，其計算公式體現(xiàn)在以下方面：

Q=QR×ΔT×α×β×γ

式中：Q代表著可以利用的地熱資源總量；QR代表淺層地熱容量；ΔT為其中可利用的溫度差；α為城市面積系數(shù)；β為可開采的地熱能系數(shù)；γ為淺層地熱能開發(fā)利用系數(shù)。

2.2 水熱型地熱資源評價方法

對于傳導型地熱地緣來說，其地熱資源的評價方法主要體現(xiàn)在以下方面：

Q=A×D（T-Twf）（P×C）

式中：Q為地熱總資源；A為計算面積；D為地熱資源儲層的平均厚度；T為其中的平均溫度；Twf為參考溫度；P×C為巖石和水的體積比熱容。

2.3 干熱巖資源的評價方法

一般情況下，在對干熱巖資源進行評價的過程中，主要以體積估算法為主，其具體公式體現(xiàn)在以下：

Q=P×Cp×V×（T-T0）

式中：Q為所計算的地熱資源的總儲量；P為巖石密度；Cp為巖石的比熱容；V代表了巖石的體積；T-T0為所計算深度的巖石溫度和地表溫度之間的差值。

3 對地熱資源的結(jié)果進行估算

在對地熱資源的結(jié)果進行估算的時候，需要對參數(shù)進行選擇，一般情況下，這樣的參數(shù)主要根據(jù)熱儲介質(zhì)和計算面積來進行選擇，其參數(shù)主要包括各種巖石和水的密度、水的比熱容、地表溫度、土壤含水量、孔隙率、溫度差等，根據(jù)這樣的參數(shù)內(nèi)容可以進行相應(yīng)的取值，并且可以對各種類型地熱資源的儲量進行相應(yīng)的估算。如江西省修水縣白嶺地熱水勘查項目：熱水溫度為79℃～83℃，提供的可開采量為2325m3/d。每日產(chǎn)生熱能7.177MW（屬小型規(guī)模）、每日熱功率為7176.97kW、年產(chǎn)能3.772×108MJ，具體計算如下：

3.1 建立熱儲模型

該項目為帶（脈）狀對流型構(gòu)造裂隙地熱水（如圖1所示）：

3.2 通過多孔抽水、群孔抽水試驗進行參數(shù)確定

通過多孔放（抽）水試驗資料代入公式，可得出主要水文地質(zhì)參數(shù)，詳見表1：

群孔抽水試驗時的影響半徑分別采用承壓水經(jīng)驗公式進行計算，詳見表2：

3.3 通過確定抽（放）水試驗進行可開采量計算

通過確定抽（放）水試驗Q=f（S）曲線類型及曲線方程，進行可開采量計算，詳見表3：

3.4 進行地熱流體產(chǎn)能計算

3.4.1 依據(jù)地熱流體可采量所采出的熱量。將有關(guān)參數(shù)代入下式計算地熱田的產(chǎn)能（熱能）：

Wt=4.1868Q（t-t0）

式中：Wt為熱功率（kW）；Q為地熱水可采量（L/s）；T為地熱水溫度（℃）；t0為當?shù)啬昶骄鶞囟龋ā妫?.1868為單位換算系數(shù)。

3.4.2 地熱流體年開采累計可利用的熱能量。將有關(guān)參數(shù)代入按下式估算：

∑Wt=86.4DWt/K

式中：∑Wt為開采一年利用的熱能，單位兆焦（MJ）；D為全年開采日數(shù)，單位為天（d），按365計算；Wt為按公式計算得出的熱功率值，單位為千瓦（kW）；86.4為單位換算系數(shù)；K為熱效比（按燃煤鍋爐的熱效率0.6計算）。

4 結(jié)語

在經(jīng)過相應(yīng)的計算之后，所得出的結(jié)論體現(xiàn)在以下方面：我國重點城市淺層地溫能資源量為2.78×1020J，主要平原（盆地）沉積盆地地熱資源儲量為2.5×1022J，溫泉區(qū)放熱量為1.32×1017J，大陸中深處干熱巖資源儲量總計為2.5×1025J。

參考文獻

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（責任編輯：秦遜玉）