陜北地區(qū)地熱開采現(xiàn)狀研究

王一凡，高俊義，徐躍洋，高喆森，劉玉皓

（延安大學建筑工程學院，陜西 延安 716000）

1 引言

我國地熱資源開發(fā)利用的歷史悠久，地熱資源分布具有明顯的規(guī)律性和地帶性，其中陜北鄂爾多斯地區(qū)的地熱資源為中低溫地熱資源［1]。經(jīng)勘察陜西省地熱資源總體儲量較大，使用性能穩(wěn)定，地熱能的市場開發(fā)潛力較大，具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益。盡管陜西省地熱資源豐富，然而，非常低的綜合開發(fā)利用率決定了其漫長的發(fā)展歷程，并且陜北地區(qū)的地熱儲量也較為可觀，然而資源的開發(fā)程度同樣較低，各大小城鎮(zhèn)包括陜北地區(qū)對地熱能的開發(fā)尚且處于空白階段［2]。

陜北地區(qū)屬于革命老區(qū)，它是我國新興的能源重化工基地，同時能夠帶動陜西經(jīng)濟和社會發(fā)展的火車頭。陜北轄榆林、延安兩市，面積遼闊，并且蘊藏著豐富的石油等礦產(chǎn)資源。在快速發(fā)展的同時，也伴隨出現(xiàn)了一些不容忽視的問題。陜北地區(qū)地熱有效開采具有以下意義：①有利于陜北地區(qū)資源的可持續(xù)發(fā)展。陜北地區(qū)以煤炭、石油為主要能源，然而這些都屬于非再生能源，而地熱能是可再生能源，這迫切需要陜北地區(qū)改變以往發(fā)展模式，實現(xiàn)轉(zhuǎn)型跨越模式，以非再生能源消耗型向再生能源消耗型轉(zhuǎn)變；②有利于陜北地區(qū)乃至全國經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。陜北地區(qū)屬于革命圣地，在中國革命歷史上具有濃墨重彩的一筆，如何實現(xiàn)可再生資源的綜合開發(fā)利用，考驗到革命圣地政府的長遠決策能力，提升當?shù)卣巍⒔?jīng)濟、文化繁榮程度，進而影響到中國的經(jīng)濟發(fā)展；③有利于政府出臺相關(guān)長遠發(fā)展戰(zhàn)略，有效促進陜北地區(qū)開發(fā)建設(shè)的政策措施。

本文根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果，對陜北地區(qū)地熱資源開采機制當中存在的問題及原因進行分析，并提出相關(guān)建議。

2 地熱開采概念模型

地熱開采概念模型見圖1［3]。地熱開采基本原理：一般需要機械鉆取注入井和生產(chǎn)井，地面高壓泵將常溫水通過注入井輸送到干熱巖底部，同時要求干熱巖底部形成廣泛的人工壓裂裂縫、天然裂隙或天然斷層，并泵送注入井水流與地下裂隙中儲存的大量熱對流換熱后把熱量源源不斷地輸送到生產(chǎn)井附近，再由生產(chǎn)井抽取熱水輸出到地面用于取暖、發(fā)電等，通過這種方式即可完成注水井和生產(chǎn)井所組成的熱采水循環(huán)過程。

圖1 地熱開采概念模型

3 陜北地熱能的類型

根據(jù)地熱能賦存埋深和溫度，地熱能可分淺層地熱資源、水熱型資源、干熱巖地熱資源。地熱能賦存埋深見圖2。一般小于200 m 范圍內(nèi)巖土體、地下水和地表水的熱能稱為淺層地熱資源，采用熱泵抽取地熱資源進行綜合利用；200 m＜地表深度＜3000 m 范圍內(nèi)巖土體、地下水的熱能稱為水熱型地熱資源，采用地應(yīng)力形成的天然通道或人工鉆井進行開采地熱資源；埋深大于3000 m、溫度大于200°C ，內(nèi)部不存在流體或僅有少量地下流體的熱儲巖體稱為干熱巖地熱資源。

根據(jù)陜北地區(qū)特殊的黃土高原地形地貌特征，地熱資源的埋置深度可能在100 m～3000 m 范圍內(nèi)巖土體內(nèi)，故地熱能屬于淺層地熱能或水熱型地熱能的可能性更大。

圖2 地熱能賦存埋深示意圖

4 陜北地熱資源的開發(fā)利用形式

地熱開發(fā)利用方式見圖3。用于發(fā)電和直接利用是地熱資源的開發(fā)利用的主要形式。中低溫地熱資源以直接利用為主，高溫地熱資源則主要用于發(fā)電；淺層地熱能（25°C 以下）可利用地源熱泵進行供暖和制冷。

根據(jù)陜北地區(qū)生活和生產(chǎn)的基本情況，陜北地熱資源的開發(fā)利用主要可用于部分住宅小區(qū)內(nèi)地熱供暖、大規(guī)模溫室大棚種植業(yè)、大規(guī)模水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，旅游度假村溫泉水療與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的綜合利用。

圖3 地熱開發(fā)利用方式

5 陜北地熱發(fā)展現(xiàn)狀及問題

（1）地熱形成條件的局限性

陜北地區(qū)屬于黃土高原，相對于盆地，其地形地貌起伏不平，不利于地熱資源的開采。而地熱資源一般形成于盆地區(qū)域，相對于盆地區(qū)域，可能需要更加成熟的勘探技術(shù)和人力、物力、財力投入較大的成本勘探和開采地熱資源。

（2）管理方面存在的問題

①政府和相關(guān)部門不能對地熱資源與地下水資源作出清晰的認識。地熱能是在地球構(gòu)造板塊邊緣一帶，熔融巖漿和放射性物質(zhì)的衰變在地球內(nèi)部形成的一種可再生資源，而地下水資源指能夠提供給人類使用一定時間段的地下淡水量，并且這種淡水量可以循序漸進地得到恢復(fù)的地下水資源。由此可見，政府和相關(guān)部門必須從兩者的基本概念入手對地熱資源與地下水資源作出清晰的認識之后方可制定政策發(fā)號施令。

②由于前期政府部門和相關(guān)地熱開采企業(yè)對地熱地質(zhì)基礎(chǔ)資料掌握不詳實，加之政府部門對地熱資源前期勘查投入財政援助不足，使得地熱地質(zhì)基礎(chǔ)工作做得不到位。對地熱能開發(fā)的具體事項沒有明確的規(guī)章制度。這些制度上的欠缺造成了陜北地熱能開發(fā)的局限性，陜北新能源的開發(fā)和能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整只能空喊口號，缺乏實際行動。

③地熱資源開發(fā)利用結(jié)構(gòu)模式單一，地熱能系統(tǒng)循環(huán)利用模式欠缺，目前存在的模式造成地熱資源的較大浪費。例如旅游度假村溫泉洗浴的尾水，一般溫度在38℃左右，這些尾水沒有經(jīng)過再次循環(huán)利用，全部排入河流，這樣可能造成熱能的浪費，同時還可能造成熱污染和地下水資源的污染。

④地熱資源的開發(fā)秩序不良，開采的設(shè)備也比較落后，造成了能源上的極大浪費。地熱資源的開發(fā)秩序良莠不齊，開采的設(shè)備也比較陳舊、落后，不能夠高效提高設(shè)備的利用率，造成設(shè)備成本大幅度提高，增加地熱開采企業(yè)負擔。

⑤地熱產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟增長方式以高投入、高消耗、高污染，低產(chǎn)出、效益低的粗放型生產(chǎn)模式［4]。這需要政府制定明確的新能源開采規(guī)章制度，同時要求地熱能源開發(fā)公司能夠不斷學習新的地熱開采知識，提高公司是管理與技術(shù)水平，促使政府與地熱開采企業(yè)從粗放型生產(chǎn)模式向集約型生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變。

⑥地熱的粗放式發(fā)展也一定程度上引發(fā)了地下水及空氣的破壞，但是根本原因還是陜北地區(qū)能源經(jīng)濟發(fā)展模式的弊端，造成了經(jīng)濟的滯后及環(huán)境的污染。

（3）技術(shù)方面存在的問題

①地熱資源勘查技術(shù)手段落后，精準勘查能力有待提高。地熱資源勘查技術(shù)的專業(yè)化程度要求較高，需要不斷向國內(nèi)外地熱勘查研究院或企業(yè)學習新的先進知識，尤其對于復(fù)雜地層鉆探，更加需要科學的認識能力和先進的設(shè)備去應(yīng)對，避免出現(xiàn)效率低、成本高、事故率高等不良結(jié)果。

②從事地熱鉆探技術(shù)的作業(yè)人員抵御突發(fā)風險能力較差，施工設(shè)備得不到及時的升級更換，而且施工作業(yè)人員專業(yè)準入門檻較低。由于地熱勘探與開采行業(yè)興起不久，加之企業(yè)不能及時給予從事地熱鉆探技術(shù)的作業(yè)人員足夠的專業(yè)知識培訓，導(dǎo)致作業(yè)人員應(yīng)對突發(fā)事故的抗風險能力大大降低，企業(yè)為了降低開銷，會長期使用本應(yīng)該升級或更換的設(shè)備，作業(yè)人員大部分是農(nóng)民工，技術(shù)水平良莠不齊。制。陜北作為革命圣地，建議中央和陜西省政府在政治、經(jīng)濟、文化領(lǐng)域的財政上給予較大的傾斜，地方政府應(yīng)制定出具體有效可再生能源長期發(fā)展規(guī)劃的財政預(yù)算，三位一體化共同解決陜北地區(qū)可再生能源長期發(fā)展的財政瓶頸。

（3）建立政府大力招商引資的長效發(fā)展機制。建議大力宣傳地方自然資源優(yōu)勢，對于可再生能源的開采企業(yè)，以較低的稅率與更多的政府補貼吸引企業(yè)入住陜北地區(qū)，更好地實現(xiàn)陜北地區(qū)經(jīng)濟的轉(zhuǎn)型跨越發(fā)展。

（4）建立地方可再生能源開采的相關(guān)政府官員和企業(yè)管理人員定期學習的培訓機制。建議地方可再生能源開采的相關(guān)政府官員和企業(yè)管理人員應(yīng)定期去一些高校和研究院學習新的專業(yè)知識，或定期組織參加一些學術(shù)會議，有利于提升政府政策的正確制定和可再生能源的科學勘探與開采。

（5）建立“陜北地熱開發(fā)特區(qū)”。建議中央政府和陜西省政府在可再生能源發(fā)展方面的政策予以傾斜，在此基礎(chǔ)上逐漸形成類似“長三角”“珠三角”的“以陜北為中心的晉、陜、蒙開發(fā)特區(qū)”，培養(yǎng)地熱資源開發(fā)市場，對地熱資源實現(xiàn)資產(chǎn)化管理［5]。

6 結(jié)語

針對陜北地熱開采現(xiàn)狀，提出如下建議：

（1）建立政府制定可再生地熱資源開采利用的長效機制。建議政府制定陜北地區(qū)長期發(fā)展規(guī)劃，改變以往以非再生能源（煤炭、石油）為主要發(fā)展模式向可再生能源（地熱）開發(fā)利用的長效發(fā)展機制。

（2）建立中央、陜西省和地方政府共建的財政援助發(fā)展機