中國地?zé)豳Y源及其潛力評估

劉江科

摘要：地?zé)崮苁且环N綠色環(huán)保、能夠循環(huán)利用的可再生能源，我國的地?zé)豳Y源較為豐富，其中以中低溫地?zé)豳Y源為主，但是我國在地?zé)豳Y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?zé)岚l(fā)電等均較為落后。文章通過對我國地?zé)豳Y源的特點進行分析，并且根據(jù)地?zé)豳Y源的分類采用不同的計算方法來對各種地?zé)豳Y源進行潛力評估。

關(guān)鍵詞：地?zé)豳Y源；潛力評估；可再生能源；地?zé)岚l(fā)電；水熱型地?zé)豳Y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(dāng)中，地?zé)崮茉丛谖覈膬α枯^大、分布較為廣泛，且地?zé)崮茉吹睦眯瘦^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?zé)豳Y源的分類和特征

地?zé)豳Y源指的是能夠被人類所利用的地球內(nèi)部的地?zé)崮堋⒌責(zé)崃黧w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(dǎo)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?zé)豳Y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?zé)崮芎屯ㄟ^鉆井來進行直接利用的地?zé)崃黧w。一般情況下，地?zé)豳Y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(dāng)中的熱能量；另一部分是儲存在地下熱水當(dāng)中的熱能量，但是這些地?zé)崮懿荒鼙蝗块_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?zé)豳Y源量。

1.1 地?zé)豳Y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?zé)豳Y源分成淺層地?zé)崮堋⑺疅嵝偷責(zé)崮芎透蔁釒r型地?zé)崮苋N類型，其具體分類內(nèi)容體現(xiàn)在以下方面：

淺層地?zé)崮苤饕傅氖窃谀壳凹夹g(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?zé)崮苤饕\層巖體、地下水和地表水中所含的熱能，這種地?zé)崮茉磳儆诘臀粺崮埽梢岳脽岜眉夹g(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?zé)崮茉粗饕焕玫匠鞘兄卸镜墓┡拖募镜闹评浞矫妗?/p>

水熱型地?zé)豳Y源也可以被稱為常規(guī)地?zé)豳Y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?zé)豳Y源。通常情況下，可以通過人工鉆井的方法來對其中的地?zé)崃黧w進行直接利用，水熱型地?zé)豳Y源可以根據(jù)溫度來進行分級，150℃以上的為高溫地?zé)豳Y源，150℃和90℃之間的被稱為中溫地?zé)豳Y源，90℃以下的被稱為低溫地?zé)豳Y源，同時也可以根據(jù)構(gòu)造成因，將這種地?zé)豳Y源分為沉積盆地型地?zé)豳Y源和隆起山地型地?zé)豳Y源；按熱傳輸方式，可分為傳導(dǎo)型地?zé)豳Y源和對流型地?zé)豳Y源。

干熱巖又被稱為工程型地?zé)嵯到y(tǒng)，其溫度一般在200℃以上，存在于地下1000米以上。這種地?zé)崮茉粗饕蓭r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(dāng)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?zé)豳Y源特征

我國的地?zé)豳Y源總儲量較為豐富，其中地?zé)豳Y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?zé)豳Y源主要以低溫地?zé)豳Y源為主，而高溫地?zé)豳Y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?zé)豳Y源主要是分布在山地的斷裂層和盆地當(dāng)中。一般情況下，盆地當(dāng)中的地?zé)豳Y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?zé)豳Y源的地?zé)嶂捣植挤浅２痪鶆颍话闱闆r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?zé)豳Y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?zé)豳Y源分布較多，而盆地地?zé)豳Y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?zé)豳Y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?zé)豳Y源潛力評價方法

對于不同類型的地?zé)豳Y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?zé)豳Y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?zé)崛萘浚籕S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?zé)豳Y源的地?zé)崛萘窟M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?zé)豳Y源總量；QR代表淺層地?zé)崛萘浚沪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?zé)崮芟禂?shù)；γ為淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用系數(shù)。

2.2 水熱型地?zé)豳Y源評價方法

對于傳導(dǎo)型地?zé)岬鼐墎碚f，其地?zé)豳Y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?zé)峥傎Y源；A為計算面積；D為地?zé)豳Y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?zé)豳Y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?zé)豳Y源的結(jié)果進行估算

在對地?zé)豳Y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?zé)豳Y源的儲量進行相應(yīng)的估算。如江西省修水縣白嶺地?zé)崴辈轫椖浚簾崴疁囟葹?9℃～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?zé)崴ㄈ鐖D1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?zé)崃黧w產(chǎn)能計算

3.4.1 依據(jù)地?zé)崃黧w可采量所采出的熱量。將有關(guān)參數(shù)代入下式計算地?zé)崽锏漠a(chǎn)能（熱能）：

Wt=4.1868Q（t-t0）

式中：Wt為熱功率（kW）；Q為地?zé)崴刹闪浚↙/s）；T為地?zé)崴疁囟龋ā妫籺0為當(dāng)?shù)啬昶骄鶞囟龋ā妫?.1868為單位換算系數(shù)。

3.4.2 地?zé)崃黧w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?zé)豳Y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。

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（責(zé)任編輯：秦遜玉）