河南省浅层地热能开发利用现状_问题及对策_张德祯
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河南省浅层地热能开发利用现状、问题及对策
张德祯
(河南省矿业协会地热矿泉水专业委员
会)
摘要本文概述了河南省浅层地热能赋存的地热地质背景,认为浅层地热能开发较深层地
热能开发具有更大的优势,基本阐明了河南省浅层地热能开发利用现状,指出河南省浅层地
热能开发已步入迅速发展阶段,开发面积已逾16加万耐,但还存在函待解决的问题,提出
了对策与建议。关健词浅层地热;开发现状;存在问题;对策建议
浅层地热能是指蕴藏在地表以下深度(一般为Zom)范围内的地质体中具有开发
利用价值的热能。浅层地热能是地热资源的一部分,属可再生的新型环保能源,也是一种特殊矿产资源,利用前景广阔。浅层地热能开发对构建资源节约型和环境友好型社会、保
证国家能源安全、改善我国现有能源结构、促进国家节能减排战略目标的实现具有非常重要的意义。河南省具备开发浅层地热能的地热地质背景,目前,已步人迅速发展阶段,开
发面积已逾l以刃万扩,成绩斐然,但也存在巫待解决问题
。
河南省具备开发浅层地热能的地热地质背景
河南省地处中原,是农业大省,也是新兴的工业大省、矿业大省和煤炭资源
大省,能
源消费中煤炭占据了过大的比重,环境污染未得到根本遏制,节能减排任务非常繁重,发
展低碳经济势在必行,因而,属可再生的新型环保能源的浅层地热能和地热资源,当然成
为新能源的宠儿,期望借助地源热泵技术大面积开发浅层地热能。河南省具备开发浅层地热能的地热地质背景,与其说具备开发浅层地热能的地热地质背景,不如说是具备地源热泵系统应用的地热地质条件
。
河南省总面积167x104耐,占全国总面积的174%,其中,平原区面椰
3x104
时,
包括黄淮海冲积平原、山前洪冲积倾斜平原和内陆河谷盆地。平原区新生界沉积厚度达千
余米至数千米,浅部土体卵砾石、中细砂、粉砂中储有丰富的浅层地热能;而于深部则蕴
藏有较丰富的低温地热资源(深层地热能,下同)。河南省平原区广泛分布浅层地下水,浅层地下水资源量达13179xlo,m,川,
大部水
温适中(巧一18℃),富水性中等一较强一极强,山前洪冲积倾斜平原和内陆河谷盆地,单井出水量一般为1的一120m3/h,部分地区为120一姗扩/h,甚至达到2o一30
m
3/h,
作者简介:张德祯男教授级高工长期从事水文地质工程地质勘查评价研究工作;E一mail:
司监@1
63。
。
m有良好的回灌条件,有利于建立有效的抽水一回灌系统,适于应用地下水地源热泵系统
;
而弱一中等富水区则适于应用地埋管地源热泵系统;水质除硬度超标外,基本满足地源
热
泵水质要求。优越的浅层水文地质条件,为浅层地热能开发奠定了基础。经初步计算,仅
郑州、开封、新乡、泼阳、许昌、深河、周口、焦作、安阳、洛阳、南阳1个城市,浅
层地热能储存资源量就达197科、ro”kJ〔’〕。全省127个市县,约有一半以上位居具开
发
浅层地热能条件的平原区,地源热泵技术还有很大的推广应用空间,实施浅层地热能开
发,完全能实现绿色供暖(制冷)的目标。河南省还广泛分布低温地热资源,热储层主要为新近系明化镇组热储层、馆陶组热储层、古近系下河街组热储层,4仪刃m以浅储存的地热水总量为7752721x109扩,储存
热能总量为59312320xlo“J[,]。其中平原区(沉降盆地)传导型地热资源可开采热水量为546男54、10‘m,/a[’〕、可利用热能量为1055价52x10”J/a[’〕、热能折合标准煤
37186、1
04
“
a
。低温地热资源多属为温水型(25一40℃)、温热水型(40一60℃),少
数为热水型(60一90℃)。实践证明,低温地热资源不仅可用于洗浴、医疗、养殖、温室,而与热泵技术相结合能够更好地发挥开发效益。综上所述,应特别强调的是,无论浅层地热能或深层地热资源,都需要借重热泵
技术
实现合理开发。
2河南省浅层地热能开发较深层地热能开发具有更大的优势
借助地源热泵技术开发浅层地热能较深层地热能开发具有更大的优势,其优势在于
:
(l)资
源可持续利用。浅部地热能储层像一个巨大的热能调蓄器,利用热泵系统给
建筑物供暖、空调,冬季从地层中取出热量给建筑物供暖,夏季吸收建筑物的热量释放到地层中储存,这样,全年中建筑物冬季采暖所需的热量,总体上可与来自地球
深部的
传导
热量和夏季储存的热量实现平衡,使浅层地热能源能够实现可持续利用
。
(2)高效
节能。由于地源热泵的热源温度全年一般为ro一2℃,冬季供热时,水体
温度比环境温度高,所以热泵循环的蒸发温度提高,能效比也提高。夏季制冷时,水体温度比环境温度低,冷却效果提高,机组效率也提高。水源热泵的制冷制热系数可达到40以上,与传统的空气源热泵相比,高出40%左右,其运行费用仅为普通中央空调的
50%一60%,与电热锅炉和电热膜供热相比,节约70%左右的电能
。
(3)环保效
益显著。水源热泵运行时,需要的仅仅是水源水的热量或冷量
,
水质不发
生任何变化,也不产生任何污染、不耗水、排烟、不产生灰尘,仅仅消耗少量的电能。使用水源热泵导致的污染物排放,比空气源热泵减少40%,比电锅炉减少70%。虽然地源热泵
也使用制冷剂,但比常规空调减少25%的冲灌量。地源热泵在工厂内整装密封完好,不会像分体空调那样安装时易产生泄漏。它是目前减少二氧化碳排放量最大的单项技术之一
。
(4)一机多用,
易于商业性开发。一套地源热泵可以解决供热、供冷和生活热水供
应问题。一套设备可以代替原来锅炉加空调两套系统,所以一次性投资仅是传统供热制冷的50%一70%。特别是在夏季供冷时,可以利用热泵产生的废热,免费为用户提供生活热水。所以,地源热泵特别适用同时有供热供冷和生活热水供应的建筑,尤其是房地产住宅小区,实现大面积商业性开
发
。
・162・(5)自动化
程度高、运行可靠、使用寿命长。地源热泵一般全电脑控制,可根据外
部负荷的变化,调整压缩机的工作数量,并设有压缩机超温保护,断水保护等多种保护措施,可实现无人值守。由于地源热泵的水体温度稳定,与空气源热泵相比,免除了结霜和
除霜的影响。热泵的运转部件少,基本上不需要维修,运行稳定可靠,使用寿命可达20年左右。综上所述表明,开发利用浅层地热能完全可以取代深层地热能采暖的需要。令人深
思
的是,既然浅井可以“取热”供暖(制冷),为什么非要施工10(X)一20(X)m,甚至超过30以)m超深井“取热”?因此,无论从勘查效果出发,还是从获取经济效益出发,均应考
虑调整地热资源勘查开发方向,把勘查开发的重点移向浅层地热能。
3河南省浅层地热能开发已步入迅速发展阶段
河南省浅层地热能开发利用始于20世纪90年代末,但其时应用非常有限,省矿协在2(X叉)年12月提交的《郑沛地区地热资源开发现状及对策调研报告》中曾提出地源热泵技
术推广应用的意见,未引起重视和响应,但近些年形势骤然大变,近十年的发展,速度、广度均令人惊愕。随着传统能源的紧缺和人们对开发新能源和再生能源的重视以及地源热
泵技术的日益成熟,主要由于市场需要和民间力量的积极推动,河南省和其他先进省份一
样,地源热泵技术迅速推广,浅层地热能的开发利用得到了快速发展,可以说已经步
人迅
速发展阶段。至208年底,全省范围18个省辖市均有浅层地热能开发利用项目,尤其是郑州市、南阳市、洛阳市、新乡市、安阳市、三门峡市应用较多。据不完全统计,18个
省辖市建成地源热泵工程项目824项,大部分是水源热泵工程项目,应用建筑面积已逾
巧o万m,(见表)。该表调查数据未包括县(市)的应用面积,若包括在内当逾160万
扩,至2(X)9年还会有新的发展,在数量上也可能名列全国“三甲”。现有地源热泵工程
,
主要为地下水地源热泵系统,地埋管地源热泵系统约占5%。开发规模,洗浴中心、酒店一般小于l万m,;办公楼、宾馆、医院1万一5万m,;住宅小区,5万一ro万衬,少数超过ro万澎,超大型工程可达20万扩左右(如南阳三川盛唐商务苑、安阳枫林水郡)
。
地下水地源热泵系统运行时间与运行效果:制冷期一般为5月底至9月底,供暖期为fl月上旬至来年3月上旬。供暖期,主机人水温度一般16一19℃,主机出水温度一般
45一55℃,回灌水温度8一15℃。室外环境温度一5一0℃时,室内环境温度可达到20℃左
右;制冷期,主机人水温度一般16~20℃,主机出水温度一般8一12℃,回灌水温度19-
27℃。室外环境温度3一37℃时,室内环境温度可达到21℃左右。
热泵机组主要品牌有科莱门特、富尔达、清华同方、美意、西亚特、盾安、科莱等,其中,科莱门特堪称领军企业,其至20(为年中期承接项目109个,供暖(制冷)面积27542万时,
不仅有直辖市,而且向县城扩展,开发了河南最大的水源热泵空调项目
(南阳三川盛唐商务苑),建筑面积约23万m,;
该公司在地埋管地源热泵方面独占鳌头
,
开发面积累计达285万扩。随着政府有关部门的倡导和支持力度的不断加大,以及地源热泵技术的逐步完善,浅
层地热能必将成为河南省地热能开发利用中的最普遍最主要的能源。可以预见,开发利用浅层地热能,将是河南省今后地热能开发利用的主流和方向。
・163・
