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首期李四光地质科普讲坛聚焦地热资源开发利用

2018-04-26 13:57:00    来源:    作者:高慧丽

地球,历经46亿年沧海桑田,为人类提供了丰富的自然资源。地热,就是其中之一。

作为一种清洁的可再生能源,地热资源的开发利用近年来受到越来越多的关注。那么,如何科学开发利用这一珍贵的自然资源?4月24日,中国地质调查局第49个世界地球日主题活动之一——首期李四光地质科普讲坛,邀请地质调查首席科学传播专家、中国地质科学院水环所王贵玲研究员对此进行了详细讲述。

以直接开发利用为主,大多数地区利用方式单一

地热能从哪里来?王贵玲介绍,所谓地热能,就是地球内部的热能,其来源可分为外部热源和内部热源。其中,内部热源包括放射性生热、地球转动热、地球残余热,是地热的主导热源;外部热源包括太阳辐射热、潮汐摩擦热、陨石坠落和宇宙射线等,是地热的辅助热源。

那么,地热如何从地球内部散发出来?答案是,有多种途径,比如火山喷发、地震、地表热流等,但只有能被人们利用的地热能才被称之为地热资源。目前,人类对地热资源的开发利用分为发电和直接利用两种方式。其中,高温地热资源(150 ℃以上)主要用于发电;中温(90℃~150 ℃)和低温(25℃~90 ℃)的地热资源以直接利用为主,主要用于供暖、种植、养殖和旅游疗养; 25 ℃以下的浅层地温,可利用地源热泵进行供暖或制冷。

就我国而言,地热资源开发利用以中低温为主、高温为辅,目前开发利用的基本格局是:西南发电,华北平原和关中盆地供暖为主,其他地区以旅游疗养为主。在我国地热水的直接利用方式中,地热发电占0.5%、供热采暖占32.70%、旅游疗养占32.32%、养殖占2.55%、种植占17.93%、工业利用占0.44%、其他占13.56%。除西藏羊八井、河北献县等少数地区将地热资源进行梯级开发,大多数地区的地热资源利用比较单一。

资源潜力巨大,浅层地温能、地热水、干热岩各具特色

根据热流体传输方式,地热资源可分为浅层地温能资源、水热型地热资源和干热型地热资源。

浅层地温能,是指地表以下一定深度范围内,一般是200米以浅的地质空间内可以置换的热能,可通过地源热泵技术为建筑物进行供暖和制冷。地质调查研究表明,我国336个地级以上城市浅层地温能资源年可开采量折合标准煤7亿吨,可实现建筑物供暖制冷面积320亿平方米。以往的认识认为,西北地区、西南地区,以及内蒙古、黑龙江等严寒地区不适合利用浅层地温能,但大量实践证明,这些地区的浅层地温能适于分散式单体建筑小规模开发。

我国水热型地热资源以中低温为主,高温为辅,每年的可开采量折合标准煤19亿吨。中低温地下热水资源主要分布在华北、松辽、鄂尔多斯、苏北、江汉等地,以及东南沿海、胶辽半岛等山地丘陵地区;高温地下热水资源主要分布于我国台湾和西南的藏南、滇西、川西等地区。资源禀赋决定了其开发利用的方式。据统计,我国现有的地热开采井以供暖、旅游疗养、种植和养殖等直接利用为主,年开采地下热水资源量折合标准煤415万吨,每年减少二氧化碳排放1000万吨。

干热型地热资源,是温度大于150℃、埋深数千米、内部不存在流体或仅有少量地下流体的高温岩体。在我国,主要有分布于东南沿海地区的高放射性花岗岩型干热岩,分布在关中、咸阳、贵德、共和、东北等地的沉积盆地型干热岩资源,分布在腾冲、长白山、五大连池等地区的近代火山型干热岩资源,以及分布在青藏高原的强烈构造活动带型干热岩资源。有数据显示,我国大陆3千米至10千米深处的干热岩资源总计约为856万亿吨标煤,按2%的可开采资源量计算,相当于我国2015年能源消耗总量的4000倍。

尽管我国干热型地热资源储量巨大,但开发难度大,对技术的要求高,目前尚未达到经济开发利用水平,仅能作为战略性能源资源。王贵玲建议,应在开展全国干热岩资源潜力评价的基础上,建立开发示范工程,积累技术经验,降低开发成本。

地热开发利用提速,将成为可再生能源的重要组成部分

有关世界能源发展趋势的预测显示,预计到2050年,传统煤炭能源消费占比降低至10%以下,可再生能源占比大于40%。其中,地热能贡献量约占可再生能源总量的50%。

我国可再生能源占比在“十二五”末为12%,预计到“十三五”末达到15%。其增加的3个百分点中,地热的贡献率将占到1/3,成为可再生能源的重要组成部分。预计到“十三五”末,地热在我国一次能源消费中占比将达到1.5%以上。

我国今后一段时期内地热资源开发利用的方向主要有:

——浅层地温能走向农村和中小城镇,加强北方农村清洁供暖。

我国浅层地温能开发利用近年来年均增长速度在10%以上。截至2015年底,我国年利用浅层地温能资源折合标准煤1600万吨,实现建筑物供暖制冷面积4.78亿平方米,其中京津冀地区开发利用规模最大,约占全国的20%。2017年,十部委联合发布《北方地区冬季清洁取暖规划(2017-2021年)》,也将极大促进浅层地温能的开发利用。

——浅层地温能在南方地区分散式供暖中可发挥重要作用。

长江三角洲城市群26个地级以上城市浅层地温能年可开采量折合标准煤1.4亿吨,可基本满足全部建筑物供暖制冷需要。长株潭城市群3个地级以上城市浅层地温能年可开采量折合标准煤2400万吨,可满足该地区60%的建筑物供暖制冷需要。

——水热型地热资源走向梯级综合利用。

水热型地热资源未来的发展格局依然是“西电东热,综合利用”模式。其中,华北、东北、环鄂尔多斯地区,采用供暖—种植—养殖—旅游梯级综合利用模式;河淮盆地区域,采用种植—养殖—旅游梯级综合利用模式;东南沿海地区,采用制冷—发电—旅游梯级综合利用模式;西南地区,采用高温地热资源发电—供暖—种植的梯级综合利用模式。目前,中国地质调查局联合河北省国土资源厅、河北省煤田地质局,在河北省献县正在建设地热资源梯级综合开发利用示范基地,旨在探索地热资源梯级综合开发利用的经济效益。

——干热型地热资源作为战略资源加强勘查与开发示范。

西部地区,开展干热岩勘查开发示范,总结开采技术,形成技术体系;东部地区,地热资源温度相对较低,且埋藏较深,要开展探索性找热,争取东西并举,实现干热岩勘查开发规模化、规范化发展。

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关键词: 地热资源
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