地热资源综合开发利用的研讨

白志鸿，陈秋桥

（河南省地质矿产勘查开发局第四地质矿产调查院，郑州 450000）

当前，我国主要采取燃烧化石燃料的方式进行取暖，不仅会造成资源浪费，也导致许多环境污染问题[1]。因此，开发和利用新能源变得尤为重要。作为一种绿色、可再生能源，地热资源越来越受到人们的关注和重视。

1 地热资源概述

地热资源是指能够为人类所利用的蕴藏在地球内部的一种天然热能资源。地热资源是一种可再生的清洁能源，具有清洁环保、用途广泛、稳定性好、可持续利用等特点，不受季节、气候、昼夜变化等外界因素干扰，是一种具有竞争力的新能源。当前，人们的环保意识日渐增强，传统能源却日趋紧缺，地热资源的开发利用愈来愈受到青睐。

我国地热资源储量十分丰富，根据原国土资源部在“十二五”期间的地质调查，中国地热资源年可开采量折合26 亿t 标准煤。按照埋藏深度，地热能分为200 m 以内的浅层地温能、200 ～3 000 m 的水热型和3 000 ～10 000 m 的干热岩型三种。全国336个地级以上城市浅层地热能年可开采资源量折合7 亿t 标准煤，可实现建筑物夏季制冷面积326 亿m2，冬季供暖面积323 亿m2；全国水热型地热资源量折合1.25 万亿t 标准煤，年可开采资源量折合18.65 亿t标准煤，以中低温为主，高温为辅；干热岩资源量折合856 万亿t 标准煤。

2 地热资源综合开发利用的方式

地热资源的开发利用可分为发电和直接利用两个方面。高温地热资源主要用于发电；中温和低温地热资源则以直接利用为主；对于25℃以下的浅层地热能，可利用地源热泵进行供暖和制冷[2]。其中，浅层地热能开发利用技术已较为成熟，本文主要介绍浅层地热能的开发利用。

对浅层地热能的开发利用，主要是借助地源热泵技术，提取浅层地热能。地源热泵系统是以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热制冷系统。根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地下水地源热泵系统、地表水地源热泵系统和地埋管地源热泵系统。

2.1 地下水地源热泵系统

地下水地源热泵系统包括热源端、热泵设备以及用户端三个部分。其中，热源端大都由抽水水井和回灌水井两个部分组成，通过抽水泵的作用将水井中的水抽出，而后根据实际需求经过热泵装置对温度进行调整后通过运输装置将其输送到用户端，在达到预期的供暖或制冷效果的同时将作用后的地下水回灌到井中，确保地下水资源总量不发生明显改变，保证各储水层的相对稳定，在保护地下水环境的同时达到预期的供热制冷效果[3]。在地下水地源热泵运行环节，通常是通过地下水回转的方式针对浅表地下水的能源进行采集，但是根据实际经验，由于地下水的成分比较复杂，容易对管道产生一定的损伤，所以在这一环节应针对地下水的运行模块添加一定的防腐蚀措施，确保不会对后续的运行造成影响，同时达到预期的资源利用效果。

2.2 地表水地源热泵系统

地表水地源热泵系统是将地表水用作热泵的低温热源，通过布置在水底的闭合换热系统进行冷热交换。此种系统适合于中小制冷供暖面积、临近水边的建筑物。利用池水或湖水下稳定的温度和显著的散热性，不需钻井挖沟，初期投资最小，但需要建筑物周围有较深、较大的河流或水域[4]。这一系统可以划分为打开式的地表水地源热泵系统和封闭式的地表水地源热泵系统两种模式。前者与上述地下水地源热泵系统相近，而封闭式的地表水热泵系统则相对更加类似于地埋管式的地源热泵系统。

2.3 地埋管地源热泵系统

这种热泵的结构组成大多数情况下与封闭式的地表水地源热泵系统类似，区别仅仅体现在水源汲取方式上。地埋管热泵系统通常都是通过一个相对封闭的系统将水源从地下抽取出来，避免水源与外界的物质相接触，降低其在传输过程中的能源损耗，最大程度上提升其热交换的比例。相对于打开式的地表水地源热泵系统，该系统减少了水源与外界环境之间的接触，具备较好的封闭效果，能够更加独立地保障水源系统的运行，降低能源采集环节对外界环境的影响，同时带来更大的能源效益。这种地源热泵系统可以分为竖直埋设的地源热泵系统和水平埋设的地源热泵系统两种，人们应根据不同施工现场环境进行选择，从而获得更好的效果，提升地表热源的利用率。值得注意的是，在地埋管操作环节，管线埋设不当会导致地温异常，对施工区域造成负面影响，引发一系列环境问题。

3 地热资源综合开发利用的现状

我国地热资源开发利用虽然起步较晚，但发展很快，20世纪90年代引入地源热泵技术，目前该技术的应用范围已扩展至31 个省级行政区（不含港澳台）。截至2017年底，全国地源热泵装机容量达2万MW，年利用浅层地热能折合1 900 万t 标准煤，实现供暖制冷面积超过5 亿m2[5]。下面将结合我国某省的地热资源综合开发利用情况进行分析，以期推动地热资源的进一步开发和应用。

3.1 我国某省的地热资源综合开发利用背景

某省位于我国中部地区，地处浅层地热资源的综合开采区域，截至目前，该省已经完成了十个地市的地源热泵安装，其运行情况如表1所示。

表1 我国某省地源热泵系统的运行情况

由表1可以看出，该区域的地源热泵系统建设规模较大，运行情况总体良好，说明地源热泵技术是一种可靠的、值得大力推广的可再生能源利用技术。地下水地源热泵系统的数量远远高于地埋管地源热泵系统，其原因是地下水地源热泵系统施工标准比地埋管地源热泵系统低，同时能够保证后续运营环节获得相似的使用效果，具备更加明显的价格优势[6]。另外，部分热泵已经停用，走访调查得知，主要原因是热泵运行时出现磨损，部分热泵维护公司经营不善。例如，在停用区域，地下水的泥沙含量普遍较高，同时水温、水量不足，严重影响地源热泵系统的正常运转。

3.2 地热资源综合开发利用的问题及前景

目前，我国能源结构中，地热能占比仍然较小，在发电、供暖等方面还有很大的发展空间。地热资源的开发利用不仅需要国家政策的支持，还需要专业的地勘队伍、先进的开发技术等[7]。近年来，我国结合自身实际情况，探索出一系列地热资源综合开发利用模式，但是实际开发环节仍旧存在明显的问题。例如，地热资源开发利用现阶段大都采用复制的方式，将以往成功案例套用于新的施工项目上。这样虽然能够基本达到预期的施工效果，但是人们忽视了不同区域的实际地质情况，很容易造成热能储量不够、水温不达标等问题，影响地源热泵系统的构建。对此，应尽快梳理相应的设计标准、规范，以更好地满足后续的建设需求。在地源热泵系统的使用过程中，人们应重视其与开发总量的适配，使冬季的取热量与夏季的热量储备相近，最大程度上确保热泵系统能够循环应用，避免因热泵系统的建设影响施工区域的生态环境。

地热资源作为一种储量大、分布广的可再生能源，可以为我国未来经济发展提供能源保障，进而实现可持续发展。近年来，常规能源问题不断显现，环境问题也越来越突出，如温室效应、雾霾频发等，倡导绿色、低碳、可持续发展的呼声日趋高涨[8]。我国越来越重视地热能的开发利用，相继出台了很多扶持政策，因此地热资源的开发利用具有较好的发展前景。

4 结语

随着我国新型能源开发、研究的不断深入，地热资源作为一种清洁能源，将成为未来新能源的重要组成部分。开发利用地热资源时，人们应格外关注周边的地质情况，积极推广应用高新技术，提高地热开发的科技含量，发展节约型、效益型的开发利用模式，努力提高利用率，减少资源浪费。在当今时代背景下，地热资源的开发利用已经成为能源行业发展的必然趋势，是解决目前大气污染问题、实现碧水蓝天的有效手段，是创建绿色、低碳、节约、集约的生态文明社会的有效途径。