科技发展
您当前的位置 > 首页 > 科技发展
名称 对陕西省地热资源开发的几点建议
发布机构 科技外事处 索引号 2189234/2020-00254
主题分类 科技发展 文号
发布日期 2020-12-25 主题词

对陕西省地热资源开发的几点建议

发布日期:2020-12-25 17:22 信息来源:科技外事处 访问量:? 字体 :[ 大 ][ 中 ][ 小 ]

对陕西省地热资源开发的几点建议

近年来,雾霾天气对人们的生活产生了较大影响,其中煤炭等化石能源产生的污染物是造成雾霾天气的主要因素之一,调整能源结构势在必行。地热资源作为一种新型可再生能源,因其具有储量大、分布广、清洁环保、稳定可靠等特点,替代化石能源不仅现实可行且具有竞争力,日益受到社会的重视。我国的地热资源丰富,开发利用历史悠久,在近年来发展速度相对较快,但也存在一定的问题,影响了地热资源的大规模推广利用。

陕西省地处西北,省会西安是国家西北地区唯一的中心城市,有着较大的能源需求,特别是冬季供暖期间,能源需求尤为强烈。西安目前供暖主要依靠燃煤集中供暖,而大量燃煤是关中地区雾霾形成的重要原因之一,急需可替代的清洁能源。陕西省地热资源丰富,有较大的开发潜力,加快开发利用地热资源不仅具有生态效益,而且还具有良好的经济效益。

1陕西省地热资源概况

地热资源是指赋存于地球内部岩土体、流体和岩浆体中,能够为人类开发和利用的热能。按照埋藏深度,一般将埋深小于200m的地热资源称为浅层地热资源;埋深大于200m的称为中深层地热资源。按照赋存位置,地热资源又可分为赋存于天然地下水及其蒸汽中的水热型地热资源和赋存于地下岩体中的岩热型地热资源。

目前,我国开发利用的地热资源主要有浅层地热资源、中深层水热型地热资源和干热岩资源。陕西省目前开发利用的地热资源主要是浅层地热资源和中深层水热型地热资源。

陕西省的地势南北高、中间低,自北向南分为三大自然区域,北部是陕北高原,中部是关中盆地,南部是秦巴山区。各区域不同的地质构造、水文地质条件使得地热资源分布存在一定差异。

1.1浅层地热资源

浅层地热资源(温度低于25℃,从地表至地下200m深度内)在陕西全省广泛分布,特别是关中地区浅层地热资源丰富,优势突出,有较高的开发利用价值。全省10个地市和杨凌示范区中心城区范围内的浅层地热资源热容量为1.5×l015kJ/℃,冬季换热功率为4430kW,相当于每年冬季120天的用电量1276亿kWh,供暖面积6亿m2;夏季换热功率为7090kW,相当于每年夏季90天的用电量1531亿kWh,制冷面积6.9亿m2。如果采用浅层地热资源供暖/制冷,每年可节省标准煤1644t、减少二氧化碳排放3919t、节省环境治理费用74亿元,同时可大量减少二氧化硫、氮氧化物、粉尘等主要污染物排放。

1.2中深层水热型地热资源

中深层水热型地热资源主要分布在关中盆地;陕南地区亦有个别温泉出露,如汉中市勉县的郭家湾温泉和商洛市丹凤县土门镇暖水川温泉等;陕北地区的定边靖边、富县延安、晋陕黄河西岸一带存在地热异常现象,地温梯度大于2.5/lOOm

关中盆地中深层水热型地热资源(温度高于40)形成模式分为垂向热对流型、水平热对流型和热传导型,地热流体可分为渭北碳酸盐岩溶裂隙型、盆地中部新生界孔隙裂隙型和秦岭山前构造裂隙型。关中盆地中深层水热型地热资源储量巨大,其储层内的总热量为3.23×l018kcal,相当于4610亿t标准煤,为陕西省探明煤炭资源总量的3.34倍;能利用的热量为1.93×1018kcal,相当于2758亿t标准煤,为陕西省探明煤炭资源总量的1.99倍。地热流体十分充足,其中渭北碳酸盐岩溶裂隙型地热流体可开采资源量50.8×l04m3/d,秦岭山前构造裂隙型地热流体可开采资源量0.29×l04m3/d;盆地中部新生界孔隙裂隙型地热流体静储量14800×l08m3,其中可开采资源量43.9×l08m3

2陕西省地热资源开发现状

陕西省地热资源开发利用历史悠久,早在隋唐时期,著名的临潼骊山华清池、蓝田县和眉县汤浴温泉就已被古人用于医疗洗浴。自20世纪70年代以来,陕西省地热资源开发利用强度逐渐增大,并取得了显著的成果。2006年,陕西省咸阳市被中国矿业联合会命名为全国首家“中国地热城”、被国家发改委命名为“国家地热资源综合开发利用示范区”;2011年,咸阳市被原国土资源部授予首批“中国温泉之城”称号;2017年国家发展改革委等三部委联合发布的《地热能开发利用“十三五”规划》将咸阳市单列为水热型地热供暖重大项目布局区域。咸阳市武功县已建成为陕西省唯一的地热供暖“无烟”县城;西安市临潼区被中国矿业联合会和原国土资源部联合授予“中国御温泉之都”的称号。

20世纪70年代之前,陕西省地热资源开发以利用自然出露流体洗浴为主,70年代开始以打井形式开发地热流体,90年代地热打井进入高潮,开采深度不断加大,开发区域从以西安、咸阳为中心向周边拓展。2000年后地热资源开发进入相对平稳期,年增加开采井数10眼左右。2010年后,地热资源开发再次升温并持续至今。目前,地热流体用途已拓展至供暖、农业种植养殖、工业干燥试验及稀缺元素提取等;井深也逐渐增加,最深已达4500m;中深层取热不取水的开发形式、地热尾水回灌技术也在近年开始应用;浅层地热资源逐渐被重视,地下水源热泵技术和地源热泵技术在工程中得到了应用。

2.1浅层地热资源

陕西省浅层地热资源开发利用始于2005年,截至2016年底,全省共有开发利用工程183处,其中关中地区122处,陕南地区55处,陕北地区6处,总供热/制冷面积约1304m2。浅层地热资源开发主要有地下水地源热泵、地埋管地源热泵及中水源、污水源地源热泵等形式。以地下水地源热泵系统工程为主,共有148处,建设面积1114m2,占比80.9%;地埋管地源热泵系统工程次之,共有33处,建设面积190m2,占比18.0%。浅层地热资源主要用于建筑物供暖/制冷,少量供应生活热水或者农业开发等,利用的主体主要为房地产项目以及政府单位、学校、医院、展览馆等公共建筑项目。2017年,关中地区5市和陕北地区3市的浅层地热资源供暖面积占集中供暖面积的4.9%,地热供暖未来市场潜力巨大。

2.2中深层地热资源

中深层地热资源开发形式多样,主要有地热井直接开采、地热井直接开采+回灌、套管换热(也称无干扰技术)、U型井换热等,其中地热井直接开采为主要开发形式,地热井直接开采+回灌也已经形成了一定的规模,套管换热技术近年来发展十分迅速,而U型井换热技术处于刚刚起步阶段。地热井直接开采与地热井直接开采+回灌两种技术需抽取地下水,套管换热和U型井换热技术不需要抽取地下水资源。

陕西省目前有地热井490眼,受热储条件和经济发展水平的影响,主要集中在关中地区的西安市、咸阳市及其周边地区。开采深度从早期的1500m5000m延伸,在地域范围上由关中向陕西全省拓展。2016年开采量为10548m3,供暖面积为1053.5m2

3当前存在的一些问题

3.1地热资源属性认知不统一,管理法律依据不充分,管理权属不明晰

地热是集“热、矿、水”于一体的能源矿产,具有属地性、流动性、可持续性等特点,有很多区别于普通固体矿产资源的特殊性。现行的法律法规偏重于固体矿产资源的管理,如果完全按照固体矿产资源的管理模式对流体矿产进行管理,在实践中还存在诸多难题。此外,现行的《中华人民共和国矿产资源法实施细则》(下文简称《细则》)第七章附则中规定:地下水资源具有水资源和矿产资源的双重属性。地下水资源的勘查,适用《矿产资源法》和《细则》;地下水资源的开发、利用、保护和管理,适用《水法》和有关的行政法规。由于地热(流体)具有双重属性,在国家、省级层面对地热资源属性认知尚未形成统一共识,形成了目前自然资源部门、水利部门多头管理的局面,全省地热资源难以统一管理和规划,造成水源型地热开发秩序较乱。非水源型地热开发利用虽然在管理上不像水源型那样复杂,但也应制定相应的管理办法,并纳入全省地热资源开发利用总体规划。此外,地热资源的开发利用涉及发改、自然资源、水利、住建、环保等多个部门,缺乏牵头部门,导致推进力度不足和市场管理缺位。

3.2技术规范和标准不完善

水源型地热资源开发需要抽取大量地下水,水质、水量、水温三项指标在开发过程中都需要始终满足开发要求,水质差会影响设备正常运转,水量小设备无水可取,水温低则可能出现技术上可行但经济上不合理的情况。为了确保三项指标达标,保障设备的正常运转,必须在设备运行期内进行长期的监测。此外,抽取地下水资源是否会造成地下水位下降进而引发地面沉降等地质灾害问题,也需要长期的监测。2018年,陕西省发布了地方标准《浅层地热能开发地质环境监测规范》(DB61T 1193-2018),但对于中深层地热资源开发特别是地热流体开采项目缺少相应的监测规范。此外,套管换热技术由于其不需取水的优势在近年来逐渐兴起,但由于兴起时间较晚,还没有相应的标准和规范,没有相关部门进行管理和认定。

3.3地热尾水梯级利用不够,回灌未形成规模,总体回灌率低

水源型地热尾水回灌效果直接决定中深层水热型地热资源的开发利用前景,若尾水不能在处理后得到有效回灌,在造成抽灌失衡的同时可能导致水污染、热污染、空气污染、土壤污染、地下水位下降及地面沉降问题。中石化绿源公司在砂岩地层地热尾水回灌技术上已有了突破,但目前回灌成本较高、技术水平要求高,全省范围内回灌井总数偏少,未形成规模,总体回灌率低。此外,部分地热井采用直抽直排,地热水消耗量大,有的在简单换热之后,没有进行深度梯级开发,直接排放尾水温度较高,造成热能浪费、热污染。

3.4开发利用关键技术需要进一步研发提升

地热资源开发利用涉及资源勘查、项目选址、地热尾水回灌、成井工艺、地温场变化特征、井孔间距、钻孔回填导热材料选择、热能转换、多能组合利用等多项技术,各项技术都需要不断加大研发力度,才能更好实现对地热资源的高效可持续利用。此外,近年来新兴起的套管换热技术中使用的换热介质及热传导性能也有待验证。

除了技术上的可行性,还必须考虑技术推广的经济可行性。目前,水热型地热开发初期投资成本较低,但考虑到目前大多地热井未将尾水回灌,如果实施回灌必将在一定程度上提高项目投资成本;非水源型的地埋管热泵技术、套管换热技术等初期投资成本均较高。因此,地热资源的开发利用还必须通过技术的改进来降低投资成本、提高项目收益率。

此外,在关中渭河盆地地热资源开发过程中发现了丰富的伴生气资源,如二氧化碳、氮气、甲烷、氦气等,检测含量高达20%,特别是作为稀有战略性物资的氦气在伴生气中的含量达到了4.14%,远高于0.10%的工业开采标准。而我国氦气资源相当贫乏,目前主要依赖于从美国等国家进口,充分利用伴生气资源,既具有重要的战略意义,也具有较高的经济价值。但目前,对于伴生气资源的利用特别是氦气资源的利用尚处于起步阶段,还未实现工业化利用。

3.5公众认知度低,产业扶持力度不够

地热资源开发利用在国内来说是一种相对较新的产业,仅专业人员及部分管理人员对其有一定了解,相当多社会公众对地热资源供暖/制冷的科学原理不了解、不清楚。社会和公众的低认知度导致了陕西省目前的开发利用工程大多受集中供热条件制约,企业自发建设的工程和政府主导的典型示范工程较少,示范引领效应不明显。在产业扶持方面,政策扶持力度不大,在规划、设计、审批、环保、财税政策支持、项目备案、城市热力管网布局等方面没有形成有效的协调机制。这些方面与北京、天津、河北等省市比较相对落后,在一定程度上约束了陕西省地热资源开发利用产业发展。

4几点建议

根据目前陕西省地热资源开发的现状,提出以下几点建议。

4.1加强立法,理顺体制,制定规划

一是借鉴兄弟省份经验,由省政府牵头制定《陕西省地热资源管理条例》,明确地热资源开发的监督管理职能部门,成立地热资源开发利用领导小组,建立部门会商机制,加强对地热资源开发的统筹管理。二是由自然资源部门牵头制定科学的中、长期地热资源开发利用规划,并将其纳入国土空间规划体系,从而切实按照规划有序开发,实现地热资源的科学有效利用。三是由省政府牵头制定地热资源开发利用管理办法,完善矿业权招拍挂出让和地热资源勘查开发市场准入制度等,强化市场监管、规范市场秩序。

4.2制定相应标准规范,建立统一的地质环境监测平台

一是由自然资源部门牵头制订适合陕西省的地热资源勘查、设计、施工、运营全过程的技术标准和规范,使地热产业管理规范化、统一化,提升整体开发利用水平。特别是中深层地热流体开发地质环境监测、套管换热技术开发、水源型地热尾水回灌方面,应加大资金投入力度,充分利用地质行业相关单位、行业协会等力量尽快制定相关的标准规范,使开发利用更加科学。二是由自然资源部门牵头建立全省统一的地热资源开发利用地质环境监测平台,为可持续开发利用和政府监管提供数据基础。

4.3发挥陕西科技优势,加强技术交流、加大核心技术研发力度

充分发挥中国地质调查局浅层地热能研究与推广中心陕西分中心等科技平台的技术支撑作用和陕西省地热协会的交流纽带作用,定期举办高层次的学术交流会议,及时掌握地热开发利用的新技术、新方法,加强与国内外研究机构和技术团队的交流合作,提高陕西省技术队伍的水平。科技管理部门加大研发资金的投入与倾斜力度,充分发挥陕西科教重镇的作用,鼓励有条件的企事业单位和科研院所,对相对成熟的开发技术通过优化设计降低成本;加大水源型开发利用模式回灌技术和梯级利用技术研究力度;对于套管换热技术,也需要进一步研究,特别是其换热介质属性、成井工艺对地质环境的影响和热能补给来源的可持续性需重点关注。

4.4完善相关配套政策措施,鼓励发展地热产业

一是由发改部门牵头,自然资源、水利、住建、环保、税务部门参与,借鉴对太阳能、风能、生物质能等新型能源发展的扶持方式,在税收减免、新能源(节能)补贴、建设用地、项目审批、用水用电价格等方面制定地热开发的配套优惠扶持政策;将地热供暖纳入城镇基础设施建设,支持城市有条件的地区在城市建设和城镇化过程中优先使用地热资源。二是各相关单位认真做好“放管服”工作,优化工作流程,简化办理程序,提高工作效率,促进地热产业快速发展。三是政府引领完善地热资源开发利用市场机制。可以尝试发行地热资源开发利用专项债券、建立专项基金,为产业发展提供资金保障;鼓励勘探、设计、采购、施工以及运营一体化的开发模式,提高项目的管理水平,提升企业的管理效益;放开城镇供热市场准人限制,探索建立特许经营制度和PPP模式,鼓励社会力量参与开发。

4.5优化地热资源开发利用模式,打造一批示范项目

陕西省地热资源丰富,发展潜力大,不同地区应根据具体地质条件,因地制宜,建设不同开发利用方式和不同建筑类型的示范工程,优化能源组合利用模式,建立浅层地热资源和中深层水热型地热资源并举的能源供给体系,由单一利用向综合利用的模式转变。建设分布式、互补型的热能开发利用能源站系统,形成集群化利用示范区,打造一批可复制、可推广的示范项目,由示范点建设逐步向区域性高效开发利用示范区建设跨越,打造区域地热资源高质量发展样板,引导和规范陕西省地热资源高效开发利用。

5结语

地热资源是清洁环保的可再生能源,开发利用地热能资源对于调整能源结构、提升非化石能源和清洁能源占比、降低能源消费成本、促进生态文明建设,都具有重要的现实意义和长远的战略意义。在地热资源开发利用过程中,需要政府、企业和社会共同参与,从管理体制、法律规范、开发模式、关键技术、产业扶持等多个方面共同人手,逐步提高陕西省的地热资源开发利用水平,实现地热资源的可持续高效利用,为地方经济发展做出更大的贡献。

摘自:《中国国土资源经济》2020年第7

 

 

扫一扫在手机打开当前页

对陕西省地热资源开发的几点建议

科技外事处 2020-12-25

对陕西省地热资源开发的几点建议

近年来,雾霾天气对人们的生活产生了较大影响,其中煤炭等化石能源产生的污染物是造成雾霾天气的主要因素之一,调整能源结构势在必行。地热资源作为一种新型可再生能源,因其具有储量大、分布广、清洁环保、稳定可靠等特点,替代化石能源不仅现实可行且具有竞争力,日益受到社会的重视。我国的地热资源丰富,开发利用历史悠久,在近年来发展速度相对较快,但也存在一定的问题,影响了地热资源的大规模推广利用。

陕西省地处西北,省会西安是国家西北地区唯一的中心城市,有着较大的能源需求,特别是冬季供暖期间,能源需求尤为强烈。西安目前供暖主要依靠燃煤集中供暖,而大量燃煤是关中地区雾霾形成的重要原因之一,急需可替代的清洁能源。陕西省地热资源丰富,有较大的开发潜力,加快开发利用地热资源不仅具有生态效益,而且还具有良好的经济效益。

1陕西省地热资源概况

地热资源是指赋存于地球内部岩土体、流体和岩浆体中,能够为人类开发和利用的热能。按照埋藏深度,一般将埋深小于200m的地热资源称为浅层地热资源;埋深大于200m的称为中深层地热资源。按照赋存位置,地热资源又可分为赋存于天然地下水及其蒸汽中的水热型地热资源和赋存于地下岩体中的岩热型地热资源。

目前,我国开发利用的地热资源主要有浅层地热资源、中深层水热型地热资源和干热岩资源。陕西省目前开发利用的地热资源主要是浅层地热资源和中深层水热型地热资源。

陕西省的地势南北高、中间低,自北向南分为三大自然区域,北部是陕北高原,中部是关中盆地,南部是秦巴山区。各区域不同的地质构造、水文地质条件使得地热资源分布存在一定差异。

1.1浅层地热资源

浅层地热资源(温度低于25℃,从地表至地下200m深度内)在陕西全省广泛分布,特别是关中地区浅层地热资源丰富,优势突出,有较高的开发利用价值。全省10个地市和杨凌示范区中心城区范围内的浅层地热资源热容量为1.5×l015kJ/℃,冬季换热功率为4430kW,相当于每年冬季120天的用电量1276亿kWh,供暖面积6亿m2;夏季换热功率为7090kW,相当于每年夏季90天的用电量1531亿kWh,制冷面积6.9亿m2。如果采用浅层地热资源供暖/制冷,每年可节省标准煤1644t、减少二氧化碳排放3919t、节省环境治理费用74亿元,同时可大量减少二氧化硫、氮氧化物、粉尘等主要污染物排放。

1.2中深层水热型地热资源

中深层水热型地热资源主要分布在关中盆地;陕南地区亦有个别温泉出露,如汉中市勉县的郭家湾温泉和商洛市丹凤县土门镇暖水川温泉等;陕北地区的定边靖边、富县延安、晋陕黄河西岸一带存在地热异常现象,地温梯度大于2.5/lOOm

关中盆地中深层水热型地热资源(温度高于40)形成模式分为垂向热对流型、水平热对流型和热传导型,地热流体可分为渭北碳酸盐岩溶裂隙型、盆地中部新生界孔隙裂隙型和秦岭山前构造裂隙型。关中盆地中深层水热型地热资源储量巨大,其储层内的总热量为3.23×l018kcal,相当于4610亿t标准煤,为陕西省探明煤炭资源总量的3.34倍;能利用的热量为1.93×1018kcal,相当于2758亿t标准煤,为陕西省探明煤炭资源总量的1.99倍。地热流体十分充足,其中渭北碳酸盐岩溶裂隙型地热流体可开采资源量50.8×l04m3/d,秦岭山前构造裂隙型地热流体可开采资源量0.29×l04m3/d;盆地中部新生界孔隙裂隙型地热流体静储量14800×l08m3,其中可开采资源量43.9×l08m3

2陕西省地热资源开发现状

陕西省地热资源开发利用历史悠久,早在隋唐时期,著名的临潼骊山华清池、蓝田县和眉县汤浴温泉就已被古人用于医疗洗浴。自20世纪70年代以来,陕西省地热资源开发利用强度逐渐增大,并取得了显著的成果。2006年,陕西省咸阳市被中国矿业联合会命名为全国首家“中国地热城”、被国家发改委命名为“国家地热资源综合开发利用示范区”;2011年,咸阳市被原国土资源部授予首批“中国温泉之城”称号;2017年国家发展改革委等三部委联合发布的《地热能开发利用“十三五”规划》将咸阳市单列为水热型地热供暖重大项目布局区域。咸阳市武功县已建成为陕西省唯一的地热供暖“无烟”县城;西安市临潼区被中国矿业联合会和原国土资源部联合授予“中国御温泉之都”的称号。

20世纪70年代之前,陕西省地热资源开发以利用自然出露流体洗浴为主,70年代开始以打井形式开发地热流体,90年代地热打井进入高潮,开采深度不断加大,开发区域从以西安、咸阳为中心向周边拓展。2000年后地热资源开发进入相对平稳期,年增加开采井数10眼左右。2010年后,地热资源开发再次升温并持续至今。目前,地热流体用途已拓展至供暖、农业种植养殖、工业干燥试验及稀缺元素提取等;井深也逐渐增加,最深已达4500m;中深层取热不取水的开发形式、地热尾水回灌技术也在近年开始应用;浅层地热资源逐渐被重视,地下水源热泵技术和地源热泵技术在工程中得到了应用。

2.1浅层地热资源

陕西省浅层地热资源开发利用始于2005年,截至2016年底,全省共有开发利用工程183处,其中关中地区122处,陕南地区55处,陕北地区6处,总供热/制冷面积约1304m2。浅层地热资源开发主要有地下水地源热泵、地埋管地源热泵及中水源、污水源地源热泵等形式。以地下水地源热泵系统工程为主,共有148处,建设面积1114m2,占比80.9%;地埋管地源热泵系统工程次之,共有33处,建设面积190m2,占比18.0%。浅层地热资源主要用于建筑物供暖/制冷,少量供应生活热水或者农业开发等,利用的主体主要为房地产项目以及政府单位、学校、医院、展览馆等公共建筑项目。2017年,关中地区5市和陕北地区3市的浅层地热资源供暖面积占集中供暖面积的4.9%,地热供暖未来市场潜力巨大。

2.2中深层地热资源

中深层地热资源开发形式多样,主要有地热井直接开采、地热井直接开采+回灌、套管换热(也称无干扰技术)、U型井换热等,其中地热井直接开采为主要开发形式,地热井直接开采+回灌也已经形成了一定的规模,套管换热技术近年来发展十分迅速,而U型井换热技术处于刚刚起步阶段。地热井直接开采与地热井直接开采+回灌两种技术需抽取地下水,套管换热和U型井换热技术不需要抽取地下水资源。

陕西省目前有地热井490眼,受热储条件和经济发展水平的影响,主要集中在关中地区的西安市、咸阳市及其周边地区。开采深度从早期的1500m5000m延伸,在地域范围上由关中向陕西全省拓展。2016年开采量为10548m3,供暖面积为1053.5m2

3当前存在的一些问题

3.1地热资源属性认知不统一,管理法律依据不充分,管理权属不明晰

地热是集“热、矿、水”于一体的能源矿产,具有属地性、流动性、可持续性等特点,有很多区别于普通固体矿产资源的特殊性。现行的法律法规偏重于固体矿产资源的管理,如果完全按照固体矿产资源的管理模式对流体矿产进行管理,在实践中还存在诸多难题。此外,现行的《中华人民共和国矿产资源法实施细则》(下文简称《细则》)第七章附则中规定:地下水资源具有水资源和矿产资源的双重属性。地下水资源的勘查,适用《矿产资源法》和《细则》;地下水资源的开发、利用、保护和管理,适用《水法》和有关的行政法规。由于地热(流体)具有双重属性,在国家、省级层面对地热资源属性认知尚未形成统一共识,形成了目前自然资源部门、水利部门多头管理的局面,全省地热资源难以统一管理和规划,造成水源型地热开发秩序较乱。非水源型地热开发利用虽然在管理上不像水源型那样复杂,但也应制定相应的管理办法,并纳入全省地热资源开发利用总体规划。此外,地热资源的开发利用涉及发改、自然资源、水利、住建、环保等多个部门,缺乏牵头部门,导致推进力度不足和市场管理缺位。

3.2技术规范和标准不完善

水源型地热资源开发需要抽取大量地下水,水质、水量、水温三项指标在开发过程中都需要始终满足开发要求,水质差会影响设备正常运转,水量小设备无水可取,水温低则可能出现技术上可行但经济上不合理的情况。为了确保三项指标达标,保障设备的正常运转,必须在设备运行期内进行长期的监测。此外,抽取地下水资源是否会造成地下水位下降进而引发地面沉降等地质灾害问题,也需要长期的监测。2018年,陕西省发布了地方标准《浅层地热能开发地质环境监测规范》(DB61T 1193-2018),但对于中深层地热资源开发特别是地热流体开采项目缺少相应的监测规范。此外,套管换热技术由于其不需取水的优势在近年来逐渐兴起,但由于兴起时间较晚,还没有相应的标准和规范,没有相关部门进行管理和认定。

3.3地热尾水梯级利用不够,回灌未形成规模,总体回灌率低

水源型地热尾水回灌效果直接决定中深层水热型地热资源的开发利用前景,若尾水不能在处理后得到有效回灌,在造成抽灌失衡的同时可能导致水污染、热污染、空气污染、土壤污染、地下水位下降及地面沉降问题。中石化绿源公司在砂岩地层地热尾水回灌技术上已有了突破,但目前回灌成本较高、技术水平要求高,全省范围内回灌井总数偏少,未形成规模,总体回灌率低。此外,部分地热井采用直抽直排,地热水消耗量大,有的在简单换热之后,没有进行深度梯级开发,直接排放尾水温度较高,造成热能浪费、热污染。

3.4开发利用关键技术需要进一步研发提升

地热资源开发利用涉及资源勘查、项目选址、地热尾水回灌、成井工艺、地温场变化特征、井孔间距、钻孔回填导热材料选择、热能转换、多能组合利用等多项技术,各项技术都需要不断加大研发力度,才能更好实现对地热资源的高效可持续利用。此外,近年来新兴起的套管换热技术中使用的换热介质及热传导性能也有待验证。

除了技术上的可行性,还必须考虑技术推广的经济可行性。目前,水热型地热开发初期投资成本较低,但考虑到目前大多地热井未将尾水回灌,如果实施回灌必将在一定程度上提高项目投资成本;非水源型的地埋管热泵技术、套管换热技术等初期投资成本均较高。因此,地热资源的开发利用还必须通过技术的改进来降低投资成本、提高项目收益率。

此外,在关中渭河盆地地热资源开发过程中发现了丰富的伴生气资源,如二氧化碳、氮气、甲烷、氦气等,检测含量高达20%,特别是作为稀有战略性物资的氦气在伴生气中的含量达到了4.14%,远高于0.10%的工业开采标准。而我国氦气资源相当贫乏,目前主要依赖于从美国等国家进口,充分利用伴生气资源,既具有重要的战略意义,也具有较高的经济价值。但目前,对于伴生气资源的利用特别是氦气资源的利用尚处于起步阶段,还未实现工业化利用。

3.5公众认知度低,产业扶持力度不够

地热资源开发利用在国内来说是一种相对较新的产业,仅专业人员及部分管理人员对其有一定了解,相当多社会公众对地热资源供暖/制冷的科学原理不了解、不清楚。社会和公众的低认知度导致了陕西省目前的开发利用工程大多受集中供热条件制约,企业自发建设的工程和政府主导的典型示范工程较少,示范引领效应不明显。在产业扶持方面,政策扶持力度不大,在规划、设计、审批、环保、财税政策支持、项目备案、城市热力管网布局等方面没有形成有效的协调机制。这些方面与北京、天津、河北等省市比较相对落后,在一定程度上约束了陕西省地热资源开发利用产业发展。

4几点建议

根据目前陕西省地热资源开发的现状,提出以下几点建议。

4.1加强立法,理顺体制,制定规划

一是借鉴兄弟省份经验,由省政府牵头制定《陕西省地热资源管理条例》,明确地热资源开发的监督管理职能部门,成立地热资源开发利用领导小组,建立部门会商机制,加强对地热资源开发的统筹管理。二是由自然资源部门牵头制定科学的中、长期地热资源开发利用规划,并将其纳入国土空间规划体系,从而切实按照规划有序开发,实现地热资源的科学有效利用。三是由省政府牵头制定地热资源开发利用管理办法,完善矿业权招拍挂出让和地热资源勘查开发市场准入制度等,强化市场监管、规范市场秩序。

4.2制定相应标准规范,建立统一的地质环境监测平台

一是由自然资源部门牵头制订适合陕西省的地热资源勘查、设计、施工、运营全过程的技术标准和规范,使地热产业管理规范化、统一化,提升整体开发利用水平。特别是中深层地热流体开发地质环境监测、套管换热技术开发、水源型地热尾水回灌方面,应加大资金投入力度,充分利用地质行业相关单位、行业协会等力量尽快制定相关的标准规范,使开发利用更加科学。二是由自然资源部门牵头建立全省统一的地热资源开发利用地质环境监测平台,为可持续开发利用和政府监管提供数据基础。

4.3发挥陕西科技优势,加强技术交流、加大核心技术研发力度

充分发挥中国地质调查局浅层地热能研究与推广中心陕西分中心等科技平台的技术支撑作用和陕西省地热协会的交流纽带作用,定期举办高层次的学术交流会议,及时掌握地热开发利用的新技术、新方法,加强与国内外研究机构和技术团队的交流合作,提高陕西省技术队伍的水平。科技管理部门加大研发资金的投入与倾斜力度,充分发挥陕西科教重镇的作用,鼓励有条件的企事业单位和科研院所,对相对成熟的开发技术通过优化设计降低成本;加大水源型开发利用模式回灌技术和梯级利用技术研究力度;对于套管换热技术,也需要进一步研究,特别是其换热介质属性、成井工艺对地质环境的影响和热能补给来源的可持续性需重点关注。

4.4完善相关配套政策措施,鼓励发展地热产业

一是由发改部门牵头,自然资源、水利、住建、环保、税务部门参与,借鉴对太阳能、风能、生物质能等新型能源发展的扶持方式,在税收减免、新能源(节能)补贴、建设用地、项目审批、用水用电价格等方面制定地热开发的配套优惠扶持政策;将地热供暖纳入城镇基础设施建设,支持城市有条件的地区在城市建设和城镇化过程中优先使用地热资源。二是各相关单位认真做好“放管服”工作,优化工作流程,简化办理程序,提高工作效率,促进地热产业快速发展。三是政府引领完善地热资源开发利用市场机制。可以尝试发行地热资源开发利用专项债券、建立专项基金,为产业发展提供资金保障;鼓励勘探、设计、采购、施工以及运营一体化的开发模式,提高项目的管理水平,提升企业的管理效益;放开城镇供热市场准人限制,探索建立特许经营制度和PPP模式,鼓励社会力量参与开发。

4.5优化地热资源开发利用模式,打造一批示范项目

陕西省地热资源丰富,发展潜力大,不同地区应根据具体地质条件,因地制宜,建设不同开发利用方式和不同建筑类型的示范工程,优化能源组合利用模式,建立浅层地热资源和中深层水热型地热资源并举的能源供给体系,由单一利用向综合利用的模式转变。建设分布式、互补型的热能开发利用能源站系统,形成集群化利用示范区,打造一批可复制、可推广的示范项目,由示范点建设逐步向区域性高效开发利用示范区建设跨越,打造区域地热资源高质量发展样板,引导和规范陕西省地热资源高效开发利用。

5结语

地热资源是清洁环保的可再生能源,开发利用地热能资源对于调整能源结构、提升非化石能源和清洁能源占比、降低能源消费成本、促进生态文明建设,都具有重要的现实意义和长远的战略意义。在地热资源开发利用过程中,需要政府、企业和社会共同参与,从管理体制、法律规范、开发模式、关键技术、产业扶持等多个方面共同人手,逐步提高陕西省的地热资源开发利用水平,实现地热资源的可持续高效利用,为地方经济发展做出更大的贡献。

摘自:《中国国土资源经济》2020年第7