浅层地热能开发主要问题(PPT资料整理)

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1、浅层地热能概念浅层地热能（shallow geothermal energy）：指地表如下一定深度范畴内（一般为恒温带至200m埋深），温度低于25，在目前技术经济条件下具有开发运用价值的地球内部的热能资源。河南省规范的定义地表如下200 m深度范畴内在目前技术经济条件下具有开发运用价值的蕴藏在地壳浅部岩土体和地下水中温度低于25 的低温地热资源。浅层地热能属于低位热能，适合采用热泵技术加以运用，运用时不产生CO2、SO2等污染气体，目前重要用于都市冬季供暖和夏季制冷。中国常规地热资源分布中国中低温地热资源广布于板块内部的大陆地壳隆起区和地壳沉降区。东南沿海地热带是地壳隆起区温泉最密集的地带，

2、重要涉及江西东部、湖南南部、福建、广东及海南省等地。在板块内部地壳沉降区，中国广泛发育了中、新生代沉积盆地，如华北盆地、松辽盆地、四川盆地、鄂尔多斯盆地、渭河盆地、苏北盆地、准噶尔盆地、塔里木盆地和柴达木盆地等，这些盆地蕴藏着丰富的中低温地热资源。国内浅层地温能开发运用合适区为东北地区南部、华北地区(京津冀蒙呼、包、鄂、乌)、江淮流域（安徽大部、江苏大部、河南东部、湖北中东部、湖南北部、江西北部、浙江北部）、四川盆地。浅层地热能开发主战场：京津冀地区、辽宁、河南、山东、内蒙古、山西。基于国内地质、水文条件和地形地貌不同的地区特点，将国内都市浅层地温能资源的应用环境划分为4类：滨海型都市，浅层地

3、温能开发运用应优先考虑地埋管地源热泵方式和地表水（江水、海水）地源热泵方式。平原型都市，冲积平原型都市的浅层地温资源的开发运用一般可采用地下水或地埋管地源热泵方式；冲积三角洲平原都市的浅层地温资源开发运用一般侧重于地埋管地源热泵方式；山前平原都市的浅层地温资源的开发运用原则上讲应侧重于地下水地源热泵方式。内陆盆地型都市，以地下水地源热泵方式和地埋管地源热泵方式为主；高原河谷型都市，在深切峡谷区可选择地下水地源热泵方式，山坡地区可选择基岩地埋管地源热泵方式。但是，在进行浅层地热能开发的时候一般首要考虑水源热泵，本地下水资源缺少的状况下，才合用地埋管地源热泵方式。目前，中国在运用方式上形成了以天津

4、、陕西、河北为代表的地热供暖，以沈阳为代表的浅层水源热泵供热制冷，以大连为代表的海水源热泵供热制冷。考虑到经济性和可用性，目前定义浅层地温能运用深度一般为200米。国内南方地区以散热方式为主，经济的地埋管施工深度一般为100米左右；北方地区以冬季取热为重要用途，由于浅部地温较低，根据地热增温率，开发运用深度可增长到300或400米。一、 国外研究现状瑞士人（19）一方面提出地源热泵技术；第一种地源热泵系统在美国俄勒冈州诞生（1946年）1974年起，瑞士、荷兰和瑞典等国政府逐渐资助建立示范工程；1986年 Tan和Kush根据线热源理论通过模型近似计算出地源热泵系统长期运营过程中井（孔）周边土

5、壤（岩石）的温度的解析解；19931995年 Mikler和Yuill运用数值措施分析研究单井回灌的渗流及热互换过程，并获得大量实验数据； Rees，Spiler，Deng等建立了系统二维、非稳态的数值模型，并运用一维的简化数值模型应用于实际工程计算；二、 国内研究现状20世纪50年代 以吕灿仁为代表的学着和专家开始研究浅层地热。王秉忱、吴学敏、沈梦培等调研国内地热资源的开发运用问题并向国务院提交建议。国土资源部有关大力推动浅层地热能开发运用的告知（国土资发9号），标志国内浅层地热能资源开发运用将步入规范化轨道。 国土资源部组织开展全国地热资源潜力评估工作。 国内发布首部有关浅层地热能开发的行

6、业原则浅层地热能勘查评价技术规范；29个省会级都市浅层地热能调查评价项目年内分两批实行。第一批涉及石家庄、呼和浩特、沈阳、长春、杭州、合肥、济南、郑州、重庆、西安、兰州、乌鲁木齐12个都市。第二批实行的都市涉及太原、哈尔滨、上海、拉萨、南京、福州、南昌、武汉、长沙、广州、南宁、海口、成都、贵阳、昆明、西宁、银川17个。港澳台除外。6月，国家能源局批准组建了国家地热能源开发运用研究及应用技术推广中心，并设立了技术委员会和指引委员会，分三个层次：一种层次是中石化新星，专攻地热能；另一种层次是中石化自己内部的勘探开发研究院石油工程研究院，涉及石油科学炼油研究院、化工研究院等研发力量；再一种层次是，出

7、名大学、科研院所、公司等重要地热能研究团队和专家构成的体系。初，国家能源局、财政部、国土部和住房和城乡建设部联合发布了 有关增进地热能开发运用的指引意见，给地热能这一新能源的开发运用奠定了政策基本。6月，国家能源局、国土资发出有关组织编制地热能开发运用规划的告知，规定近期地热能开发以浅层、中深层地热能为主，远期发展中温地热发电和干热岩发电。 国内首部专门针对浅层地热能钻探的地方原则浅层地热能钻探技术规范由河南省质量技术监督局正式发布；起草单位：河南省地质矿产勘查开发局第二地质环境调查院、河南省深部探矿工程技术研究中心、河南省地热能开发运用有限公司、河南工程学院资源与环境学院、中国地质科学院勘探

8、技术研究所。重要起草人员：卢予北、张宗恒、洗星海、陈莹、吴烨、李贵明、王现国、董永志、王建华规范重要内容：规定了浅层地热能地下水源井设计规定和施工规定、垂直地埋管钻孔设计规定和施工规定、工程验收措施。 国家地热能中心、中石化着手开展地热能开发技术原则体系研究与规划，拟在 “十三五”末建成世界上第一套具有自主知识产权的地热能开发技术原则体系；地热资源开发运用是一门多学科的综合技术，波及资源勘查与评价、钻井成井工艺、尾水回灌、梯级运用、高效运营、保温与换热、防腐防垢和发电等技术。目前，中国的地热工作者通过近年研发，初步建立了一套与中国地热资源特点相适应的技术体系，指引了地热资源勘查开发实践。环绕浅

9、层地热能展开调查研究的省市有：北京、天津（止，国内运用地热供暖规模最大的都市、占全国地热供暖总面积的70%）、河北、河南、上海、浙江宁波、辽宁沈阳、江苏泰州南昌、山西、山东、安徽、黑龙江、江西、吉林。80%集中在华北和东北南部地区三、存在的问题国内使用最多的两种开发运用形式：水源热泵系统和土壤源热泵系统。浅层地热能开发运用工程的核心技术重要是地下换热装置设计与施工。1、 引起的环境问题 水质：地热水具有重金属和其她有害元素，尾水不经解决直接排放，会对地表水、地下水水质导致污染 水温：地热水经一次货多次运用后温度减少，但相对地下水来说尾水温度仍然较高，地热尾水排入地表水体后，水体温度升高，打破原

10、有温度场平衡，进而直接影响该水域生态平衡。 资源问题：有效运用率低：被开采出来的地热能（即从井口得到的热量）只有一部分被运用，即有效运用地热资源量低；地热尾水回灌由于成本高，诸多公司无力支付，选择尾水直接排放地表或地表水体，长期以往，不仅导致地下水挥霍，还会使地下水得不到及时补给，直接表目前地下水位下降，并产生地面塌陷或沉降等一系列次生地质灾害。2、 公司资质参差不齐对开发、勘查、设计、施工公司未明确设立行业准入条件，致使施工质量良莠不齐。3、 管理体制不健全北京市的有关发展热泵系统的指引意见和有关加强地热回灌，保护地热资源的告知、天津市的天津市地热运用工程设计原则(试行)和天津市地热回灌地面

11、工程建设原则、河北省的河北省地热资源管理条例、重庆市的有关加强地热资源管理的意见、咸阳市的咸阳市地热资源管理暂行措施、上海的上海市浅层地热能管理暂行措施等。目前国内发布的地热能源开发有关原则有9项，其中，有关地热能评价勘察规范的2项，浅层地热能供热制冷有关技术原则1项，见表1。（石油行业：国内合计制定和发布1819项原则涉及国标163项，行业原则1656项）序号原则名称原则编号类型组织类别1地热资源地质勘查规范GB/T 11615-地热能评价勘查技术国标2地源热泵系统工程技术规范GB 50366-()3浅层地热能钻探技术规范DB 41/T 1005-行业原则4浅层地热能勘查评价技术规范DZ/T

12、 0225-5城乡地热供热工程技术规范CJJ 138-中深层地热供热技术行业原则6地热发电用汽轮机技术条件JB/T 6506-1992地热发电技术行业原则7地热发电用汽轮机规范GB/T 28812-国标8地热电站岩土工程勘察规范GB 50478-9地热电站接入电力系统技术规定GB/T 19962-10地热电站设计规范GB 50791-11可再生能源建筑应用工程评价原则GB/T 50801建筑工程类国标12地热资源选区评价技术规范地热资源靶区拟定中石化内部原则13地热资源储量评价技术规范地热资源储量评价14尾水回灌技术规范正在制定尾水回灌技术 对已建工程运营效果、热均衡状况及其对地质环境条件的影

13、响缺少研究、监控； 缺少明确的监督管理部门，分工不明确，管理存在越位、错位和不作为的混乱状况；4、 核心技术水平不高(1)地下水源井技术是地下能源采集系统的核心和核心。 地下水源热泵井管材选择目前成井管材重要使用水泥管和螺旋钢管（钢板卷焊式桥式镀锌过滤管和一般钢管组合）。前者虽耐腐蚀，但抗冲击、抗弯曲、抗拉强度极小，后者强度虽极高，但是易腐蚀结垢。新技术：PVC-U塑料管（长处：耐腐蚀、不结垢、轻便、寿命长等）抽水井和回灌井首选。但是，在施工过程中存在的问题和风险有2点：PVC-U塑料管材料密度小（1400Kg/m3），仅是钢材密度的18%左右，故，在井内布满泥浆的环境下浮力较大，下入困难；其

14、物理力学性能指标远远低于钢管，故，在下管、投砾或洗井抽水过程中，井管内浮现过大压差或遭受冲击力时，容易浮现塑料井管爆裂事故。目前，国巧外供水管井使用的PVC-U塑料管多数在50-100m之间，并旦成井口径较小。 钻井（孔）构造设计井的滤层厚度要按照不同地层来设计，即钻井口径与成井管径的间隙在松散地层和基岩地层各有不同规定。(2)回灌技术影响回灌的重要因素： 成井工艺：井身构造、钻井液、洗井方式、成井工艺 回灌系统综合伙用：地面净化系统、回灌方式、抽灌井间距 回灌流体与储层互相作用：物理作用、化学作用、储层砂粒移动（3）热贯穿由于回灌水与原始含水层温度存在的差别，在导热和对流等作用下，回灌水会导

15、致抽水井温度有不同限度的升高或减少，这种现象就是“热贯穿”。粗颗粒（卵砾石、砂砾）地层抽灌井间距约100m，细颗粒地层（粉、细砂）间距不低于50m。实际状况是，由于场地大小的限制，抽灌井间距在5-20m，由此导致热贯穿和地下水污染，轻则增长运营费用，重则导致机组瘫痪。5、 政策扶持力度不够大 对地热供暖公司予以一定的财政补贴。目前，在地热供暖收费方面，大部分都市仅参照燃煤锅炉供暖收费，忽视了生态效益，地热供暖收费原则总体上偏低，许多供暖项目由于经济效益低下而无法实行。 制定地热发电上网电价补贴政策。目前，国家对风能、太阳能发电上网电价出台了补贴政策，但对地热发电还没有有关优惠政策。建议参照其她

16、可再生能源发电的上网电价补贴，制定地热发电上网电价补贴政策。住房城乡建设部启动可再生能源建筑应用都市示范，对纳入示范的都市，中央予以资金补贴基准为每个示范都市5000万元，对推广应用面积大，技术类型先进合用，能源替代效果好能力建设突出，将相应调增补贴额度，但每个都市最高不超过8000万元。 对于地热尾水回灌，按回灌井费用的一定比例予以公司合适的配套资金投入。地热尾水回灌一般采用“一采一灌”或“一采几灌”，即打一口生产井需要配套打一口回灌井或几口回灌井，给生产公司增长了沉重的额外成本，许多公司不堪重负，把尾水直接排放，成果导致了环境污染和资源迅速枯竭。河南省在浅层地热能方面的研究状况时间项目类型

17、波及都市重要研究内容重点都市浅层地热能评价研究报告州、开封、新乡、许昌、漯河、周口、安阳、濮阳、焦作、洛阳、南阳11个重点都市初步研究和总结河南省重点都市浅层地热能类型与潜力（初次研究开展该方面的研究工作）河南省都市浅层地热能专著大部分都市本书重要简介了河南浅层地热能开发运用现状存在的重要问题，研究的目的任务、研究内容和措施；概述了河南省18个省辖市都市浅层地热能形成的区域地质背景；论述了都市浅层地热能特性。浅层地热能开发医用问题研究河南省重点科技攻关筹划项目新能源产业领域：地热能直接运用技术及设备11月小朋友医院水源热泵工程郑州市2抽4回，河南省平原区面积占据全省面积一半，平原区广泛分布浅层

18、地下水，资源量达131.79108m，大部水温1518，富水性中档极强，单井出水量一般100120m/h，部分地区120200 m/h，甚至达到200300 m/h，具有良好的回灌条件。水质除硬度超标外，基本满足地源热泵水质规定。具有丰富浅层地热能储量的都市就有郑州、开封、新乡、濮阳、许昌、漯河、周口、焦作、安阳、洛阳、南阳等，目前，浅层地热能开发的面积超过1600万平方米。郑州已有浅层地热能空调顾客50多家，地能空调井200余眼，井深一般100m左右。河南省地源热泵应用状况登记表序号地市面积（km2）应用建筑面积（104m2）应用面积占比10-7（%）项目数量（个）1郑州744640053.

19、721802开封6246457.20403洛阳1523016010.50804平顶山7882607.61405安阳559912021.43506鹤壁22994017.40307濮阳418830.7288新乡826914016.93759焦作4071.1256.142010许昌49965010.004011漯河26175019.103012三门峡10309908.734013商丘10704252.34814周口11959302.512015驻马店15083805.305016南阳266001806.779017信阳18925201.061518济源1931105.188总计1528824中石化集团在浅层地热方面的开拓提出 ，中石化集团公司明确将地热能业务作为集团一种单独产业进行整体规划；代表公司 新星公司作为中石化集团清洁能源专业公司的发展定位；调查 ，据中石化新星石油有限公司记录，国内浅层地热能资源量相称于95亿吨原则煤，现每年开发运用量相称于3.5亿吨原则煤，实现减排5亿吨CO2。发展 3月，中冰地热技术研发中心，中石化新星公司为中方依托单位； 5月，国家能源局国标化委员会授权中石化组建“能源行业地热能专业原则化技术委员会”