扎实推进浅层地热能开发利用 促进上海经济社会可持续发展

推广浅层地热能开发利用是节能减排、转变发展方式的重要途径。上海近三年来已在浅层地热能调查评价、地源热泵系统技术规程编制、浅层地热能开发利用管理政策制定、浅层地热能开发利用规划、浅层地热能科学实验场建设等方面取得显著进展。扎实推进浅层地热能开发利用,将促进上海经济社会可持续发展。     

地热能在区域能源领域中的应用和发展

当前,地热能的开发已步入了规模化、区域化发展的新时代,技术和管理水平日臻成熟。新形势下,行业从业者应对地热能的区域化发展有充分的认识。带着大规模应用地热能是否可行、怎样可行、如何能融入区域能源体系等问题,本文将从地热能开发角度出发,从3个方面提出地热能如何在区域能源发挥作用:一、解读区域能源相关概念;二、地热能在区域能源中的应用及环保作用;三、地热能应用的普遍性原则。从产业链及资源方面,阐述如何提高效率、优化利用地热能资源。分享相关成果,共学共勉。     

中国省会城市浅层地热能开发利用条件及潜力评价

浅层地热能资源以其高效和环保的特点,近年来在中国得到了广泛的应用。地质条件、浅层地温场特征、岩土热物性特征等参数,是影响浅层地热能开发利用的重要参数。笔者在阐述浅层地热能开发利用条件的基础上,结合全国省会城市浅层地热能调查评价成果,对浅层地热能开发利用适宜性和资源潜力进行了评价。结果表明,在我国陆区范围内,恒温带温度受太阳辐射影响最大,恒温带顶板埋深与气温变化趋势相反,岩土体导热系数受岩性影响明显。中国浅层地热能资源主要用于建筑物供暖和制冷。我国31个省会城市80%的土地面积适宜利用浅层地热能,浅层地热能资源每年可开采量折合标准煤2.8亿t,可为供暖和制冷提供丰富的能源储备。按利用方式、需求程度将我国浅层地热能开发分为全年集中利用区、全年分散利用区、分散式冬季供暖区和分散式夏季制冷区4类。浅层地热能开发利用对推动中国绿色、低碳、节能型城市化发展,解决京津冀地区冬季雾霾和南方城市冬季供暖问题具有重要意义。     

松辽盆地增强型地热系统(EGS)地热能开发热-水动力耦合过程

增强型地热系统地热能开发涉及到热和水动力的耦合,对应的温度和压力场时空变化特征是评价地热开发效果的关键问题。基于松辽盆地徐家围子深部地质条件,采用TOUGH2进行了地热能开发过程中裂隙-孔隙介质系统中温度和压力变化的数值模拟,分析了不同埋深水平情况下地热能开发的差别,研究了孔隙基质和裂隙介质的渗透率和孔隙度、岩石导热系数、井径、注入压力、注入温度及裂隙周围基质因素对地热能开发的影响。结果表明：采用定压力开发时生产井抽出控制整个区域的压力分布,压力梯度在注入井区域较大,并随着开发的进行,注入井的注入对压力的影响逐渐增大;温度由注入井到生产井逐渐增大,并随着开发的进行温度降低范围逐渐向生产井扩大;质量和热提取速率随时间逐渐减小。不同埋深位置的模拟结果显示,埋深大的温度相对较高,水的流动性较强,质量和热提取速率较高,压力和温度变化幅度均较大。裂隙系统的渗透率、注入井/生产井压力和注入温度、井径对深部地热开采过程中的压力和温度影响较大,从而影响热的提取效率;而孔隙基质的渗透率和孔隙度、裂隙介质的裂隙度和岩石的热传导系数的影响并不明显。     

COMSOL平台在城市地下多种资源相互影响分析中的应用

针对系统动力学方法在地下资源相互影响问题分析中存在的不足,引入了多孔介质多场耦合理论,以地下水源热泵形式浅层地热能资源开发的假想模型为例,运用COMSOL平台建立了温度场-渗流场-应力场耦合的数值模型,对比了地下水源热泵运行前后和对调抽/回灌井前后区域地下渗流场、地温场和应力场的变化情况。结果表明：地下水源热泵运行前后抽水井和回灌井周边的渗流场发生了显著改变,10 a之后抽水井的水温由初始的约21℃下降至约17℃,并呈现出继续下降的趋势,区域地面沉降量达2 m左右;对调抽/回灌井后,抽水井温度的下降幅度由之前的4.0℃变为不到0.5℃。COMSOL平台在地下多种资源相互影响分析及其优化利用方面展示出良好的应用潜力。     

多年冻土边坡的水热力耦合分析及软件开发

为了快速准确掌握多年冻土边坡的冻融反应规律,基于水热力耦合理论,依托MATLAB编制了能反应土体多场耦合机制的有限元程序,与经典试验对比吻合较好,验证了程序的可靠性。据此开发了一套可独立运行、操作简便的多年冻土边坡水热力耦合分析软件,介绍了软件的功能和开发过程。结合算例分析了冻融作用下冻土边坡的反应特性,结果表明:不同时刻边坡的温度、水分、应力和位移有明显差别,在坡面冻融交界面出现剪应力最大值条带,边坡水平位移在冻结完成时,沿坡面大小基本相同,融化期结束时为上小、下大,融化时边坡的水平位移、未冻水含量均比冻结时大,而剪应力最大值却小;暖季多年冻土稳定性较差,开发的软件对冻土边坡工程冻融计算有重要应用价值。     

关中盆地东部浅层地热能开发利用现状及对策研究

浅层地热能是一种新型可再生绿色能源,具有清洁环保、储量巨大和稳定可靠的特点。关中盆地东部属于渭河下游,紧邻陕西省会西安,浅层地热能资源赋存条件良好,具有较好的开发利用前景。本文对关中盆地东部浅层地热能开发利用现状及存在问题进行分析,发现研究区内地热能在开发利用过程中存在盲目性、认知度较低、开发利用程度不高和管理职责不明确等问题,提出在远期开发利用过程中应采取加大浅层地热能资源推广力度、规范地热资源管理、鼓励社会力量参与开发和加强宣传提高社会认知度等措施,提高关中盆地东部地热资源开发利用程度,缓解关中盆地冬季雾霾问题,促进节能减排战略目标的实现。     

深层地热能开发及其对地热水流场的影响——以兰考县深层地热能开发为例

为了研究深层地热能开发对热储层流场造成的影响,选取兰考县深层地热能开发为研究对象,分析研究区新生代以来的地质结构和区域构造特征,调查地区地热开采情况及存在的问题。根据地热能类型分析了第四系Q、新近系明化镇组N_2、新近系馆陶组N_1等3个热储层特征,利用可控源音频大地电磁测深查明区内的断裂分布、热储层发育、隔水边界等条件,通过现场试验与测试手段查明不同部位热储层的参数指标,分区计算各层的地热资源量。根据开采方式、边界条件、水文地质参数建立数学模型,通过数值模拟预测出2023年Q热储层流场将恢复到原始流场模式,N_2热储层流场漏斗效应持续减弱,N_1热储层流场漏斗效应明显且分布不规则,为控制地热资源开发对环境造成的影响,提出封闭循环利用地热、同层加压回灌的开采方式及合理布局开采井、综合利用多层地热等措施,为本地及周边地区地热资源开发及环境保护提供参考。     

安徽蚌埠城市规划区浅层地热能研究

对安徽省蚌埠市城市规划区进行了区域浅层地热能研究。阐述了浅层地热能地质背景,分析了地温场自然特征、换热规律及影响因素,主要采用层次分析法进行浅层地热能开发利用适宜性分区、浅层地热能资源计算及开发利用潜力评价,提出了合理开发利用浅层地热能资源的意见及建议。     

深层地热能开发及其对地热水流场的影响

为了研究深层地热能开发对热储层流场造成的影响,选取兰考县深层地热能开发为研究对象,分析研究区新生代以来的地质结构和区域构造特征,调查地区地热开采情况及存在的问题。根据地热能类型分析了第四系Q、新近系明化镇组N₂、新近系馆陶组N₁等3个热储层特征,利用可控源音频大地电磁测深查明区内的断裂分布、热储层发育、隔水边界等条件,通过现场试验与测试手段查明不同部位热储层的参数指标,分区计算各层的地热资源量。根据开采方式、边界条件、水文地质参数建立数学模型,通过数值模拟预测出2023年Q热储层流场将恢复到原始流场模式,N₂热储层流场漏斗效应持续减弱,N₁热储层流场漏斗效应明显且分布不规则,为控制地热资源开发对环境造成的影响,提出封闭循环利用地热、同层加压回灌的开采方式及合理布局开采井、综合利用多层地热等措施,为本地及周边地区地热资源开发及环境保护提供参考。      

北京地区地热资源开采评价

地热通常指那些能够为人类所开发和利用的地球内部的热资源。地热资源是可供工业、农业利用的生态型能源,具有巨大的市场潜力。地热资源作为一种相对清洁的替代能源,对其进行开采评价有助于地热资源合理有效地利用。以北京某地热井为例,从地热温度、矿物质含量、开采量及水质等方面对地热资源进行了评价。在水质评价中通过医疗应用评价、饮用矿泉水评价、生活饮用水评价等方面对地热资源的应用类型进行分析评价,其中医疗应用评价中对地热水的机械、温度、化学成份等的医疗作用进行评价。     

中国地热资源现状及发展趋势

中国地热资源禀赋良好,分布广泛且具有明显的规律性和地带性。本文系统总结了国内取得的地热资源勘查开发成果:浅层地热能资源在全国范围内普遍分布,我国336个地级以上城市规划区范围内浅层地热能资源年可开采量折合标准煤7亿吨;水热型地热资源年可开采量折合标准煤19亿吨;干热岩远景资源量折合标准煤856万亿吨。阐明了有代表性的水热型地热资源成因机制和干热岩资源成藏模式。地热开发利用技术发展迅速,浅层地热能和水热型地热资源利用量逐年攀升,但在地热资源成藏模式研究、勘查开发及管理利用等方面仍有亟须突破的技术瓶颈和需要改进的环节。文章分析了存在问题并提出了我国地热发展战略路线,下一步应加强热源机理与控热构造研究,推进地热探测技术和开发利用示范,开展重点地区浅层地热能、水热型地热资源勘查评价,完善干热岩勘查开发技术体系,推动地热产业健康有序发展。     

山东温石塘地热田回灌补源压裂增注试验

地热田回灌补源是实现地热能资源可持续开发的新技术,用于解决地热能补给,提高地热能利用率。其方法是在距开采井一定距离,施工一眼注水井,通过注水井向地下注入一定比例的水量与热源再交换,提高热能资源量。介绍了对注水井实施压裂、增加对地热井注水量的新工艺。经水力压裂和抽水试验,增注水效果明显,为我国合理开采利用和保护地热能资源提供了一种新的技术方法。     

河北保定岩溶地热结垢过程模拟及防垢对策

我国的地热发电以及部分供暖工程出现了比较严重的结垢现象,阻碍了地热能的大规模开发利用,目前地热市场急需成熟的防垢理论和工艺。地热工程的结垢现象尤以碳酸钙结垢最为普遍,为解决碳酸钙结垢问题,本文以华北保定岩溶地热井结垢为研究对象,通过理论和实验相结合的手段研究分析了垢质成分,成垢机理,结垢位置和过程以及防垢措施。研究结果表明:(1)系统降压造成的闪蒸是碳酸钙结垢的主因,液相二氧化碳逸出到气相是碳酸钙结垢的主要驱动力;(2)根据井口参数,结合质量、动量和能量守恒以及两相流压降理论,可以模拟结垢过程,确定结垢位置以及不同深度处的压力、温度、干度和二氧化碳分压等参数;(3)闪蒸造成的碳酸钙结垢,确定了闪蒸位置和闪蒸压力后,可以通过加压和加注阻垢剂的方式进行阻垢。通过模拟计算,确定了加压防垢系统所需的最低压力,通过控制系统压力可防止闪蒸,抑制二氧化碳逸出造成的结垢。设计了阻垢工艺,研制了阻垢剂加注设备,开展了井下化学阻垢实验并评价了阻垢效果,通过加注阻垢剂可有效阻止90%以上的垢生成,论证了通过加注化学阻垢剂可以有效解决碳酸钙结垢。通过上述研究,积累了从结垢原因分析,结垢位置确定,结垢过程模拟,防垢工艺和设备研发,防垢实践到阻垢效果现场评价一整套经验,可为其他地热井碳酸钙结垢问题的解决提供参考依据。     

山东省鲁北地区浅层地热能资源评价

鲁北地区于2001年已陆续开始应用热泵技术开发浅层地热能,但区内的浅层地热能资源评价工作却严重滞后,制约了区内浅层地热能资源的开发和合理利用。为促进鲁北地区浅层地热能的开发利用,省政府拿出专项资金,开展了鲁北地区浅层地热能的资源评价工作,前期在调查区域内开发利用现状和摸清地质条件的基础上,采用层次分析法,分别对地下水换热方式和地埋管换热方式进行了开发利用适宜性分区,采用热储体积法对该区的浅层地热容量进行了计算,得出鲁北地区浅层地热容量为29．386×10^15 kJ/℃;并根据适宜性分区结果,分别对地下水式和地埋管式地源热泵适宜区、较适宜区可利用换热量也进行了计算,得出地下水式地源热泵200 m以浅可利用换热量为0．8489×10^10kW·h,地埋管式地源热泵200m以浅可利用换热量为6．5261×10^12kW·h。     

郑州市地下水源热泵适宜区浅层地热能资源量评价

采用数值模拟法确定了郑州市地下水源热泵适宜区最佳井间距,评价了郑州市地下水源热泵适宜区浅层地热能资源。     

皖江经济带地热资源调查与开发利用

地热资源调查是皖江经济带地质调查的重要工作之一,是调整能源结构,构建环境友好型社会的要求。基于皖江经济带以往地热资源调查评价成果,阐述研究区地热资源的分布特点、形成机理、种类及资源总量,分析总结研究区目前地热资源开发利用现状及存在问题: 皖江经济带地热资源虽然丰富,但仅有部分水热型地热资源开发利用程度高,且资源利用效率较低; 水热型地热资源以温热水、温水为主,总体品位不高; 浅层地热能资源总量丰富,分布广泛,开发利用技术成熟,适宜大力开发利用,但大部分未开展调查评价工作。建议采取梯级或循环利用措施提高利用效率,综合开发利用地热资源; 突破现有模式,寻找高品位地热资源; 开展县级浅层地热能调查评价工作; 建设地热资源开发利用监管平台。     

浅层地温能资源开发利用发展综述

能源是人类生存、经济可持续发展和社会文明进步的重要物质保证和必要推动力,是关系国家经济命脉的重要战略物资。随着全球变暖、温室效应和能源紧缺等问题的日益严重,作为清洁可再生的浅层地温能资源逐渐得到各国政府高度重视,到2010年已有43个国家开发利用这种资源。近年来我国新能源和可再生能源得到了长足的发展,可再生能源利用的技术水平有了很大提高,产业已初具规模,特别是浅层地温能的开发利用,已从20世纪90年代的起步阶段步入快速发展期,据不完全统计,目前我国浅层地温能的服务面积已近2×108m2,成为建筑节能的主力军。本文对国内外浅层地温能资源的开发利用现状进行了概括,特别是热泵技术,有助于了解和掌握浅层地温能开发利用的发展动态,对开展浅层地温能资源评价和工程建设具有重要意义。     

Study on the geothermal production and reinjection mode in Xiong County

The large karst geothermal field of Xiong County,which is located to the south of geothermal field in Niutuozhen,features huge geothermal resources and favorable condition for development and utilization.Because of the long-term extensive production,the pressure of geothermal reservoir continues to decline and some geothermal wells even face the danger of scrapping.To relieve the fall in pressure of geothermal reservoir and achieve the sustainable development and utilization of geothermal field in the long run,reinjection experiment is conducted in the geothermal field of Xiong County and a three-dimensional hydrothermal coupled numerical model was constructed.The reinjection experiment showed that the mode of one production well and one reinjection well can be achieved in this geothermal field.The numerical simulation is used to forecast and compare the change in pressure field and temperature field under different production and reinjection modes and concludes that the most opotimized production and utilization mode is the concentrated production-reinjection mode,and the most opotimized production-reinjection combination mode is the shallow production and shallow reinjection mode which can ensure the sustainable development and utilization of geothermal resources in the long run.