城鎮地熱資源供暖存在問題及其對策討論

摘 要：地熱資源作為一種具有巨大開發利用價值的清潔能源，對改善我國能源結構、緩解能源短缺和環境污染都有重大作用。近年來，部分地區市鎮已經較大規模地利用地熱資源開展供暖，但不合理的開發利用與粗放的管理引發了一系列資源環境問題。本文以衡水市某地為例，介紹了該地區利用地熱資源供暖過程中產生的資源環境問題，并有針對性地提出了相應解決思路與技術、政策建議。

關鍵詞：地熱供暖；尾水回灌

1 概述

地熱資源可以劃分為淺層地溫能、中深層地熱能和干熱巖三大類，其中地下熱水資源是目前被利用最為廣泛和成熟的。我國地下熱水資源每年可采資源量折合標準煤19億噸[1]，被廣泛應用在城鎮供暖、特種種植、特種養殖、醫療洗浴、旅游開發等產業中，但在部分地區對地下熱水資源不合理的開發利用、粗放的監督管理反而引起了新的資源環境問題。

本文以河北省衡水市某地地下熱水資源供暖過程中存在的問題為例，結合相關專業知識，提出了若干解決此類問題的思路和對策，希望能夠為相關主管部門和開發單位提供參考。

2 衡水市某地主要利用熱儲概況

該地市位于饒陽斷凹之上，屬沉積盆地傳導型地熱田，新生界地溫梯度為3.0～3.25℃/100m。城區地熱井多在3000m以淺，開發利用的熱儲層有新近系明化鎮組和館陶組，其中館陶組孔隙熱儲為城鎮供暖主要利用熱儲層。

明化鎮組孔隙熱儲（Nm），巖性以中砂巖、細砂巖為主，涌水量20m3/h左右，出水溫度52.5℃左右，礦化度1.0g/L左右，水質類型主要為HCO3-Na型。館陶組孔隙熱儲（Ng），巖性以砂巖、含礫砂巖、砂礫巖、礫巖為主，涌水量約40～102m3/h，出水溫度74～83℃，礦化度1.0～3.0g/L，水質類型主要為HCO3-Na、HCO3·Cl-Na型[2]。多年觀測數據顯示，該地市地下熱水水位埋深呈鋸齒狀逐年下降趨勢。

3 地熱資源開發利用現狀

截至2016年7月，該地城區范圍內已開發利用的地熱井有24眼。其中1眼僅利用明化鎮組熱儲洗浴和供暖；其余全部主要利用館陶組熱儲供暖。2015-2016年供暖期內單井開采水量在20～100m3/h之間不等，地下熱水資源開采總量約352萬m3，單井供暖面積約1.7～29萬m2不等，地熱井供暖總面積約234萬m2。所有供暖地熱開采井中，僅有1眼采取了熱交換措施，其余均為地熱水直接供暖模式。所有供暖尾水的余熱幾乎都未利用，僅有2眼井利用附近廢棄地熱井實現了部分尾水回灌。另外，城區所有供暖開采井分屬17個地熱供暖公司或開發商，各供暖公司管網相對獨立，供暖流程和供暖設備各不相同。

4 地熱供暖開發過程中存在的主要問題

地熱供暖尾水直排嚴重浪費資源、污染環境。城區地熱供暖尾水排放方式多為直接排入市政污水管網，排放溫度在25～30℃，礦化度約1～3g/L。供暖期內，城區約有300多萬m3地熱供暖尾水直接排放，尾水中的熱能未能夠再利用，能量流失嚴重。與此同時，地熱尾水礦化度普遍偏高，易造成水土環境污染。

地熱水水位下降情況嚴重，資源枯竭狀況加劇。城區內某利用館陶組熱儲的地熱井1996年成井時靜水位埋深4.54m，2008年11月（供暖開始前）水位埋深降至32.56m，年均下降速率2.34m/a，隨著近年開采井數量快速增加，水位下降趨勢加劇，2016年8月實測該井靜水位埋深95.50m，近8年水位下降速率達7.87m/a。以目前水位降速預測，13年后利用城區內館陶組熱儲的地熱開采井靜水位埋深將超過200m，存在現有地熱井報廢、地熱資源枯竭的可能。個別井距離過近，供暖期相互干擾嚴重，也加劇了水位下降。

地熱資源調配不合理，熱能利用效率低下。如城西某地熱井單井水量約60m3/h，出口水溫82℃，推算可解決供暖面積約6萬m2（無梯級利用前提下），現狀供暖面積多達29萬m2，嚴重超負荷運轉，供暖效果不佳；而城西北某地熱井開采能力可達60m3/h，出口水溫86℃，前供暖面積僅約1.7萬m2，地熱能利用效率嚴重不足。

5 解決以上環境、社會問題的思路與對策

（1）地熱尾水回灌是最為直接有效的保持熱儲壓力，充分利用能源的方式。該地區館陶組熱儲按照100年開采年限、允許下降水位150m計，年可開采量約77萬m3，若能實現現狀開采量下85%的尾水回灌，實際開采量可降至59.30萬m3，預計城區館陶組地熱水水位埋深年下降速率可降低至現狀下降速率的17%，約1.16m/年（不考慮自然狀態地熱水承壓水頭下降），由此可大大延長地熱資源的使用壽命。

（2）建議由政府或職能部門牽頭，將市區內供暖進行統一管理和服務，改變地熱水直供的開發利用模式，增加換熱器、熱泵等設備設施，實現地熱水的梯級利用。

（3）根據城鎮規劃與供暖需要，充分論證與整合現有供暖管網，合理調配熱能資源。在地熱井密集開采區域，新增或改造現有供暖泵站，采用“分配站供暖模式”，實現供暖水源的互聯互通，以達到充分利用熱能目的。對不能覆蓋地熱資源供暖的區域采用太陽能、空氣能、淺層地熱能等方式滿足市鎮供暖需求。

（4）建立區域性地熱資源監測監控體系，對所有地熱開采井、回灌井配套自動監測設備，實現地熱資源開發利用數字化、可視化的動態監測。

6 結語

解決此類問題需要當地政府或職能部門充分論證，分期、分批、分步驟采取措施，切不可一蹴而就。目前全國尚無此類提升改造工程作為參考，相關部門應對此加以重視，建立示范工程，從點到面，逐步推廣技術可行、管理有效、指導性強的地熱供暖提升改造模式。

參考文獻：

[1]汪民，等.中國礦產資源報告[R].北京：中華人民共和國國土資源部，2016：39.

[2]張德忠，劉志剛，盧紅柳，等.河北地熱[M].北京：地質出版社，2013：204-205.

作者簡介：韓碩（1989-），男，漢族，本科，水工環助理工程師，主要從事水工環、地熱地質工作。