天津市浅层地热能开发利用试点工作成果浅析

田光辉，王 曦，林 黎，赵苏民，宋美钰，蔡 芸，王 平

(天津地热勘查开发设计院，天津 300250)

天津市浅层地热能开发利用试点工作成果浅析

田光辉，王 曦，林 黎，赵苏民，宋美钰，蔡 芸，王 平

(天津地热勘查开发设计院，天津 300250)

为进一步推进浅层地热能开发利用，总结探索调查评价与开发利用的工作模式，更好的指导全国工作。2009年至2010年，国土资源部和天津市联合开展了“天津市浅层地热能调查评价与开发利用”试点工作。以天津市浅层地热能资源背景，分析地下水地源热泵系统和地埋管地源热泵系统两种方式的开发利用现状及存在的主要问题，总结试点工作所取得的成果。天津试点工作成果，形成了可在全国推广的浅层地热能“资源调查模式”、“规划编制模式”、“动态监测模式”、“工程示范模式”和“工作监管模式”。

浅层地热能;地源热泵;试点工作;经验

浅层地热能是指蕴藏在地表以下一定深度范围内岩土体、地下水和地表水中具有开发利用价值的热能(一般为200 m以内，温度低于25℃的热能)。它是一种清洁的可再生能源，具有总量大、可再生、安全可靠、环境效益显著等特点。2006年1月1日起实施的《中华人民共和国可再生能源法》将浅层地热能的开发利用明确列入鼓励发展的新能源范围之中。开发利用浅层地热能对构建资源节约型和环境友好型社会、保障国家能源安全、改善我国现有能源结构、促进国家节能减排战略目标的实现具有非常重要的意义。目前，北京、沈阳等地浅层地热能的开发利用达到了一定的规模，其中沈阳应用浅层地热能的面积已经超过4 300万 m2，每年节煤151万 t，减排CO2287万 t，产生了较好的经济效益和环境效益。

天津市处于华北平原东北部，平原区1万多 km2范围均覆盖着200 m以上的松散沉积层，属于暖温带半湿润大陆与海洋过渡型季风气候，冬季寒冷干燥，夏季湿热多雨，四季冷暖比较分明，恒温层土壤温度在13.5℃ ～15℃之间，这些条件对于开发利用浅层地热能资源是非常有利的。同时，天津也是我国大规模开展地热资源勘查工作最早的城市。上世纪70年代，在李四光的倡导下，天津市开展了地热大会战。至今已先后探明了王兰庄、山岭子等8个地热田，热流体可采储量达到8 378万m3/a。鉴于此，国土资源部选择天津作为全国浅层地热能调查评价与开发利用试点城市。本文对天津浅层地热能的资源背景、开发利用现状及问题、试点工作的主要内容和成果等进行了介绍。

1 资源背景

天津辖区面积为11 919.7 km2，除去775 km2的北部山区外，其余的广大地区均覆盖了松散的沉积层，平原区第四系地层厚度为300～450 m，地层以粘土、粉质粘土、淤泥质粘土为主，含水层岩性主要为细砂，部分为粗砂。第四系孔隙水划分为四个含水组，三个含水亚组，即第Ⅰ含水组相当于全新统和上更新统(Ⅰ，Q 4+3)，包括浅层全淡水(位于全淡水区)和浅层淡水(位于有咸水区)两个含水亚组，咸水亚组介于第Ⅰ、第Ⅱ含水组之间，浅部属浅层水，深部具深层水特征。第Ⅱ含水组相当于中更新统(Ⅱ，Q 2)，第Ⅲ含水组大致相当于下更新统上段(Ⅲ，Q12)，第Ⅳ含水组相当于下更新统下段，在隆起区尚包括部分新近系含水层(Ⅳ，Q11+N2)。第Ⅰ含水组属于浅层地下水系统，第Ⅱ－Ⅳ含水组属深层地下水系统。

受基岩面起伏和断裂构造的影响，盖层平均地温梯度介于2℃ ～8.3℃/100 m之间;地层温度25℃处的最大埋深为600 m(宝坻断裂以北地区除外)，最小为170 m。

天津市浅层地热能资源十分丰富，潜力巨大，如果能够科学合理的加以利用，必将为滨海新区和天津市的发展提供能源保障。

2 开发利用现状

天津市开发利用浅层地热能资源始于2000年，第一个浅层地热能开发利用项目是天津东车辆段修所项目，服务面积为500 m2。经过近10年的发展，截止2010年5月，天津市共有浅层地热能开发利用项目174个，总的服务面积达294.79万 m2。其中地埋管地源热泵系统132个，占总数的75.86%，服务面积183.27万 m2，占总面积的62.17%;地下水地源热泵系统42个，占总数的 24.14%，服务面积 111.52万 m2，占总面积的37.83%。主要用于企事业单位、商场和展馆、学校和医院等建筑物的供暖和制冷，具体比例见图1和图2。

图1 天津市地埋管地源热泵系统各建筑类型利用面积百分比

图2 天津市地下水地源热泵系统各建筑类型利用面积百分比

从2000年开始，浅层地热能开发利用项目逐年增加。其中地埋管地源热泵系统由于其具有节能、环保、可靠、不需要消耗地下水等优势，2003年以来该类项目增长较快(见图3);而地下水地源热泵系统需要丰富的地下水资源为基础，对于天津这样的缺水城市来说，它的推广应用受到一定的制约，因此，近几年增幅并不大(见图4)。

3 存在的主要问题

虽然天津市浅层地热能的开发利用规模在逐年增大，但在调查过程中也发现存在一些问题，只有及时发现这些问题和不足，采取相应的对策，才能更加合理、科学的开发利用浅层地热能资源。

图3 天津市历年地埋管地源热泵项目数量及服务面积统计图

图4 天津市历年地下水地源热泵项目数量及服务面积统计图

3.1 缺乏对岩土体热物性特征的了解，造成设计偏差

从调查的结果来看，大部分已建的地源热泵工程都没有开展现场热响应试验，而是应用经验值或其他地区的岩土体热物性参数代替。而岩土体的热物性参数是设计地源热泵系统的重要参数，它的准确与否直接影响到设计方案的合理性和经济性。

3.2 施工队伍良莠不齐，质量不能保证

从事地源热泵工程的生产、设计、安装与施工队伍中的一些技术人员，对这项技术仍然处于不十分清楚的状态。地源热泵技术性较强，现在已经出现一些非正规专业的公司承揽地源热泵工程，而做出的工程很难保证质量。例如，天津市平原区80%以上的面积都被咸水覆盖，且咸水层较浅，在进行钻探施工时，要对咸淡水界面进行特殊处理，以防止咸淡水串层，造成地下水污染，但在实际操作中，这一点往往被一些施工单位忽视;另外，合理的回填对于改善土壤侧传热具有积极贡献，但是，在实际操作中，由于回填存在一定难度，一些施工单位的回填率很低。这样一来，不仅传热会由于空气热阻作用而明显变差，而且对于保护地层结构、埋管换热器应力释放等也是十分不利的。

3.3 缺乏地温及节能效果监测

近年来，天津建成了大量的地源热泵系统，但尚未建立地源热泵系统动态监测体系，缺少对地源热泵系统中地温、水位、水质等动态变化的监测，无法评价浅层地热能开发利用对地质环境的影响;大多数地源热泵系统中都没有安装必要的节能计量装置，如温度表、流量计、功率表等，使得项目的节能计算工作存在一定困难，同时也不便于管理部门的进一步节能评定工作。

3.4 浅层地热能开发利用相关的政策、规范和标准较少

虽然目前天津浅层地热能开发利用发展迅速，但在开发中仍然存在一些技术和经济上的难题，有关浅层地热能开发利用的政策、相关的规范和标准相对较少，导致市场不规范、管理不到位等问题。

4 试点工作成果

为进一步推进浅层地热能开发利用，总结探索调查评价与开发利用的工作模式，更好指导全国的工作。2009年至2010年，国土资源部与天津市联合开展了“天津市浅层地热能资源开发利用试点工作”，试点工作分为5个专题:一是浅层地热能资源调查评价;二是浅层地热能资源开发利用规划编制;三是浅层地热能资源开发利用示范工程建设;四是浅层地热能资源开发利用动态监测网建设;五是浅层地热能资源开发利用政策研究。经过一年多的奋战，试点工作顺利完成，取得了丰硕的成果，具体如下:

(1)全面完成了天津市浅层地热能资源调查，查明了天津市浅层地热能分布特点和赋存条件，评价了资源量和开发利用潜力。计算出浅层地热能的可利用资源量为1 748万亿千焦，冬季可供暖面积 13.4亿 m2，夏季可制冷面积12.6亿m2。每年浅层地热能可利用资源量全部开发可节约标准煤5 974万 t，扣除开采的电能消耗，可节约标准煤4 480万 t，减少向大气排放二氧化碳等1.17亿 t，减少环境治理费用15.32亿元。这一成果打破了以往认为全国浅层地热能开发利用潜力仅为6 000万 t至8 000万 t标准煤的结论。

(2)在调查评价的基础上，结合天津市社会经济发展、城市建设和土地利用规划，编制完成了天津市浅层地热能资源开发利用规划，划定了开发适宜区，分别圈定了适宜地下水、地埋管开发方式的地区，提出了合理的开发利用规模。

(3)实施了梅江会展中心等10个具有代表性的浅层地热能开发利用示范工程。通过示范工程建设，提出了工程建设与管理的标准和要求，为浅层地热能开发利用规范化建设提供了依据。10个示范工程项目总供热(制冷)面积约100万m2，建成后每年可节约标准煤4万 t，减少排放二氧化碳等10万 t。

(4)建立了由11个动态监测站、1个监测中心和1个试验基地组成的天津市浅层地热能开发利用动态监测网，并起草了《天津市地埋管地源热泵动态监测规程》。

五是为实现统一管理、科学规划、有序开发、合理利用浅层地热能资源，全面系统地开展了政策研究工作，完成了《浅层地热能资源开发利用相关政策研究报告》和《关于推进天津市浅层地热能开发利用工作的建议》。

5 结论

天津试点工作成果，得到了李克强副总理的重要批示:“天津试点的成果可喜，国土资源部要按已定部署联合有关方面，继续推动我国浅层地热能调查评估和开发利用工作，开拓新型能源，推动低碳经济发展”。

笔者相信，天津创建的“调查先行，规划跟进，工程示范，监测到位，政策保障”工作经验，必将对全国开展浅层地热能工作起到重要的指导意义。

［1］DZ/T 0225－2009，浅层地热能勘查评价规范［S］.

［2］孙宝成，林黎，赵苏民，等.天津市浅层地热能资源调查报告［R］.天津地热勘查开发设计院，2010.

［3］程万庆，曾梅香，田光辉，等.天津市浅层地热能资源开发利用动态监测网建设专题报告［R］.天津地热勘查开发设计院，2010.

［4］王秉忱，田廷山，赵继昌，等.我国地温资源开发与地源热泵技术应用、发展及存在问题［J］.地热能，2009，01:23 －27.

［5］师生，赵军，王华军.天津市建筑应用可再生能源项目调查报告［J］.中国建设信息供热制冷，2007，07:16 －22.

［6］何崇智，张瑞权，刘世超，等.土壤源热泵特征分析及其在天津地区的应用［J］.煤气与热力，2007，27(4):62 －64.

TV213.9

B

1004－1184(2012)01－0064－02

2011－06－20

田光辉(1980－)，男，河南周口人，工程师，主要从事水文地质、工程地质和热储工程研究工作。