地热水的开发利用及存在问题研究

吴锡刚,刘同僧,何 平

(河北省廊坊水文水资源勘测局,河北 廊坊 065000)

地热水,是温度显著高于当地年平均气温,或者高于观测深度的围岩温度的地下水。地热水不仅是宝贵的地下水资源,而且是珍贵的清洁能源。这种清洁能源,因能满足资源节约、环境友好型社会的发展,正在全国逐步推广。河北省有着丰富的地热水资源,已探明的深层地热水资源和浅层地热水资源,相当于标准煤 500亿 t,地热储藏量仅次于西藏和云南,在全国位居第三,开发利用具有广阔的前景。开发利用地热能,对增加能源供应,改善能源结构,保障能源安全,保护环境具有重要作用,同时也是发展低碳经济,建设资源节约、环境友好型社会的要求。[1]

1 地热水资源开发利用研究的意义

1.1 节能减排,改善大气质量

据有关统计,河北平原区已查明地热水资源区主要包括牛驼镇、沧州、黄骅、宁晋、新河、安平、深州等地区,面积共9 240 km2。地热水资源可应用在供热采暖、医疗洗浴、种植与养殖等多种领域,具有占地少、开发方便等诸多优势,地热水资源通过有效的补给、循环利用,可以说是取之不尽,用之不竭的。开发利用地热水资源,无废渣、粉尘污染,相对和燃煤、燃气、燃油相比,在大气中的排放可以说很小。且用后的弃(尾)水既可综合利用,又可回注到地下储层,对空气、土壤等环境影响较小。地热水资源的开发利用有着突出的经济效益、社会效益和生态环境效益。

1.2 改变能源消耗方式,改善能源结构

传统能源的消耗方式为采掘资源——消耗资源——排放废弃物——污染环境。地层新能源技术实现能源消耗方式是采掘资源——利用资源——资源再生(资源保护)——保护环境——资源再利用。

地热的开发利用在调整全省能源结构和保障能源安全,减少煤炭资源过度开采,弥补石油和天然气资源短缺、增加能源总量、缓解能源供应压力,减少污染排放、保护环境、实现可持续发展等方面,开始发挥日益重要的作用。

2 地热水资源状况及存在的问题

2.1 开发利用现状

河北省地热水资源开发利用历史悠久,早在 2000多年以前,人们就利用温泉进行洗浴和治疗疾病。近年来,利用地热水资源开展养殖、种植、采暖、烘干、洗浴等发展趋势有所加快。截至 2008年底,全省地热水资源年开采量为 4 500万m3,相当于标准煤 24.30万 t,总产值 120 000万元;供暖面积 449万 m2,养殖面积 379.49亩,种植面积 5 925亩,年洗浴人数 786.219万人次。目前,全省地热水资源的利用方式主要以供暖、洗浴、养殖及温泉疗养为主,平原已开发利用地热井 210眼,山区开发利用地热井 77眼,山区温泉 47处。例如,在邢台的临西、清河、南宫、新河、宁晋等地,地热水利用发展较快,已取得了良好效果,既节约了常规能源,又減少了环境污染。[2]

2.2 存在的主要问题

1)管理体制不顺,职责不清

国务院《水污染防治法实施细则》将地热水、矿泉水都列入地下水类型,划入水资源范畴,而国务院《矿产资源法实施细则》却将地下水与地热水、矿泉水并列为不同类型下矿种,都列入矿产资源范畴。国务院关于水利部的三定方案,根据一事一部原则,明确将地热水、矿泉水划归水利部来管,规定只办理取水许可证,不再办理采矿许可证;然而中编办[1998]14号文却在承认地热水、矿泉水皆属水资源、应首先办理取水许可证的同时,也规定还要再办理采矿许可证并征收矿产两费。这些矛盾交错、错综复杂的规定,使开发地下热水的企业分不清管理主体而无所适从,甚至成为某些企业拒绝接受监管的借口,从而导致不能对地下热水资源进行科学有效的监督管理。

2)退水温度较高,造成资源浪费

目前地热供暖主要问题一是尾水排放水温比较高,一般在 40℃以上,造成了资源的浪费。地热水供暖后尾水排放水温比较高,造成热污染,不符合环保的要求。适当降低供暖排水温度可提高地热能的利用率。降低地热水供暖的尾水排放温度,必须要考虑供暖系统的初投资,因为降低尾水排放温度就要增加散热器的面积。据有关专家分析,散热器的进出口温差每增加 5℃,散热器面积需增加 12%,因此,地热供暖尾水排放温度的降低与散热器面积的增加存在一个优化问题。为充分利用地热水的热能,可对供暖排水再次利用,实现地热资源的梯级综合利用。在地热能的开发利用中热泵技术是目前世界上的一个热点,近 5年来,全世界地热热泵容量以平均 30%的年增长量在发展。对低温地热或地热供暖尾水可利用热泵技术提升其热能品位,使地热资源得到充分利用。[3]

据调查,全省山区有大约 1/3的温泉和地热井未得到利用,如赤城县塘子庙温泉水温达 64℃,没有得到任何利用而白白流失;隆化县小庙村地热井水温高达 90℃,也没有得到利用,造成资源的闲置浪费。

3)地热水带来水环境污染

地热水中溶解性总固体含量高,有的地热水中某些组份含量超过排放标准。河北大部分的地下热水中氟化物5mg/L以上、含盐量 7 g/L以上,氯化物 3 g/L以上,它们都大大地超过了饮用水卫生标准。大量地热水利用后的随意排放,也造成地表水和地下淡水的污染。

4)地热水利用过程中的另一个问题就是结垢和腐蚀。

结垢物质主要有氧化铁、硫酸钙、碳酸钙和硫酸盐等。水垢的传热性能差,管道结垢大大地降低换热器的传热性能,使得地热能利用率下降;另外,结垢使水的流动阻力增加,增大了流体输送的能耗。在地热的直接利用中,防腐是一项重要问题,腐蚀主要由氧、氯等元素引起。为保证供暖设备的可靠性和使用寿命,可采取适当的措施减少或防止腐蚀：利用非金属材料解决腐蚀问题;从开采到利用采用密闭系统,防止空气(氧)进人系统中;对含 Cl-的地热水可采用前置换热器,使用间接供暖方式,这样,前置换热器采用耐腐蚀材料而供暖管道和设备可采用普通碳钢。[3]

5)地热水的回灌问题

在地热资源利用过程中,回灌技术是另一个值得重视的问题。如果只开采利用而不回灌会带来一系列问题：①引起地面下沉,这在我国地热开采利用较早的地区已表现出来;②造成环境污染,地热水的排放一般在 40～50℃,不回灌会造成热污染,而且地热水中的砷、汞、氟等有害元素也会污染环境。③大量开采地热资源而不采用回灌技术会影响地下结构的稳定性。

3 地热水资源开发利用的几点建议

3.1 加强地下热水资源的统一管理势在必行

地热水属于矿产资源还是水资源?开发利用地热水的行为,属于采矿行为还是取水行为?需要适用矿产资源法律法规还是水法律法规?由国土资源行政主管部门监管还是由水行政主管部门监管?《中华人民共和国水法》第二条第二款规定：“本法所称水资源,包括地表水和地下水。”《取水许可和水资源费征收管理条例》第二条第二款规定：“取用水资源的单位和个人,除本条例第四条规定的情形外,都应当申请领取取水许可证,并缴纳水资源费。”

在具体的实践中,对于地热水到底属水属矿,我们可以运用新法优于后法的原则,并采用原国务院法制局“双重属性”的解释,否定其单一矿产属性的说法,将其纳入水法律法规的调整范围。地热水首先表现为地下水,开发利用地热水首先表现为取用水资源。因此,应当按照《水法》和《取水许可和水资源费征收管理条例》的规定,申请领取取水许可证并缴纳水资源费,取得取水权,并接受水行政主管部门的监管。

3.2 加强地热水资源保护,实现可持续开发

河北省政府于 2006年颁布实施《河北省地热资源管理条例》,要严格执行《条例》规定,对地热水资源开发利用进行依法管理,改变粗放利用地热水资源的方式,使得全省地热开发行为得到规范,逐步提高地热综合利用和节约利用水平。

地热水资源是可再生的能源资源,同时又是有限的资源,其补给过程是极其缓慢的。在地热水资源的开发利用中,要加强管理、采取限量打井、限制开采量等措施,合理开采、有效保证,加强地热水资源的管理和综合利用,大力推进地热回灌。制定统一的发展规划,细化措施,高起点、高标准、高质量的开发利用地热资源,使地热资源开发与保护逐步科学化、规范化,地热资源的开发与利用要保持环境和经济效益的协调一致,保护生态平衡,走可持续发展之路。

3.3 加强地热水资源的利用与研究

地热水是集热、矿、水于一体的宝贵资源,开发利用必须充分考虑综合利用这三个方面的资源,避免对地热资源开发利用的单一化趋势。地热水资源开发利用属“资源 +技术”型产业,技术性突出,是一项涉及多学科和多行业的体系。河北省要建立和完善这个体系,必须重视将高新技术不断地向传统行业扩散、渗透,要尽快制定系统的技术规程、规范和技术标准。宜以有关院校和科研单位为技术依托,引进应用相应科研成果和先进实用的技术与设备(如热泵),大力推广梯级利用和综合利用,形成资源集约型的生产体系和消费体系,提高地热水资源利用率,物尽其用。建议按不同温度开展地热水资源的梯级利用,因地制宜,发挥资源优势,减少浪费,提高地热利用率。

要从加快转变经济发展方式,推动产业结构优化升级的高度,积极探索合理开发和科学利用地热水资源的方式。既要把地热水资源作为一种新能源加以合理开发利用,也要把它作为一种特色旅游资源加以深入研究和分析,探索一条依托地热水资源大力发展旅游业的新路子。

3.4 加强地热水资源政策研究

地热水资源属国家所有,地热水资源开发利用宜尽快纳入政府管理序列,建立专门机构,行使地热水资源勘探评估、规划设计、组织实施、监测检查、政策制定、督导服务等职能。结合河北省城市经济发展的需要,进一步研究、调整有效保护和合理开发地热水资源的相关政策。建立地热开发市场的信用体系,加大地热开发管理的监管力度,通过公告、公示等方式及时公开地热开发利用的相关信息,规范地热开发行为。

3.5 加强地热水资源利用对环境的影响研究

地热水资源的开发利用将对环境将造成一定影响。因此,在开发利用过程中,在加强管理的同时,必须建立水环境监测体系,对开采、使用、排放和回注的各个环节都要进行水质各项指标的监测,研究不同使用地热资源系统对环境造成的影响,进而确定地热水资源的采、用、排的最佳方案。

3.6 加强节约利用地热水资源的宣传

努力加大节约利用宣传力度,要通过节约利用宣传,使大家理解资源的宝贵与重要,提高对节约利用地热水资源的重视,形成节约意识,自觉做好节约工作,从而有效地保护地热水资源。

4 结论

河北省地热水资源较丰富,分布广泛,地热水资源作为一项清洁、绿色、可再生的能源资源,在保护环境、建设生态文明中有着巨大的作用,应该在全省范围内大力提倡,科学合理地利用,做到利用与保护相结合,使地热资源长期造福于人民。

[1]河北地质矿产局.河北地下水[R].2007.

[2]邢台水文局.邢台市地温空调技术应用及地热开发利用对策建议[R],2008.

[3]季志恒等.地热水在地热供暖中的应用[J].地下水 2010.1.