河南省地熱資源開發利用現狀與問題研究

  0 引言

 

  當前, 應對氣候、環境變化和能源資源安全已是全球共同關注的問題, 發展低碳經濟、建設低碳型社會, 作為協調社會經濟發展、保障安全與應對氣候變化的基本途徑, 已被越來越多的國家贊同。

 

  地熱包括深部地熱資源和淺層地熱能, 屬于可再生潔凈能源和資源, 也稱地質新能源。與煤炭、石油、天然氣等傳統不可再生能源相比, 地熱能具有清潔、環保、分布廣泛、可再生、不受外界條件影響的優勢。

 

  胡錦濤總書記在2010年6月7 日兩院院士大會上指出:“未來幾十年, 世界上包括我國13億人口在內的20億至30 億人將逐步進入現代化行列,能源資源需求和生態環境壓力將大幅上升”。在能源資源問題上, 胡錦濤指出:“大力發展能源資源開發利用科學技術。要堅持系統謀劃、節能優先、創新替代、循環利用、綠色低碳、安全持續, 加強對我國能源資源問題的研究, 制定我國可持續發展路線圖。

 

  要發展資源勘探開發和高效利用技術, 積極發展大陸架和地球深部能源資源勘查和開發, 積極發展可再生能源和新型、安全、清潔替代能源, 形成可持續的能源資源體系, 切實保障我國能源資源有效供給和高效利用, 使我國能源資源產業具有國際競爭力。”

 

  我國“十一五”規劃指出要大力發展可再生能源, 國家可再生能源中長期發展規劃也提出, 到2020年可再生能源在能源結構中的比例要達到16%, 而目前尚不足1%。我國地域廣闊, 蘊藏著豐富的地熱能資源。2006 年1 月我國《可再生能源法》正式實施, 可再生能源在建筑中的應用是建筑節能工作的重要組成部分。地源熱泵技術是淺層地熱能開發應用的主要途徑, 也最利于與太陽能供熱系統相結合。隨著我國能源結構政策的調整和地源熱泵技術的逐步提高, 淺層地熱能將成為我國今后開發利用的新型能源, 淺層地熱能在建筑物供暖制冷中所占的比例將越來越高。因地制宜的發展地源熱泵技術, 有效的利用淺層地熱能這種可再生能源,符合我國現階段節能減排要求以及“十一五”發展規劃。國際能源專家普遍認為, 預計到2100 年, 地熱資源利用將在世界能源總值中占30% ～ 80%。

 

  從可持續發展的經濟觀而言, 主張建立在保護自然系統基礎上的持續經濟增長, 即人類的經濟和社會發展不能超越資源與環境的承載能力;從可持續發展的自然觀而言, 主張人與自然和諧相處。為此許多專家學者呼吁:中國的人口、資源、環境容量已到支撐的極限, 可持續發展道路成為唯一選擇!

 

  1 河南省地熱資源的分布情況

 

  河南省內地質構造形態上有隆起區(隆起山

 

  地)、坳陷區(沉降盆地)之分。隆起區一般呈條帶狀、層狀熱儲;坳陷區一般為層狀熱儲, 有的較為復雜, 帶狀與層狀共同存在。多數井出口溫度在42 ～60 ℃之間, 見表1。

 

  河南省地熱資源熱儲面積為整個省內國土面積的25.2%(河南省國土面積166785 km2 )。按照表1的經濟型地熱資源量進行開發利用, 不但可節約大量的化石類傳統能源, 實現能源結構的優化, 而且還可減少污染物的排放, 實現低碳生活和經濟。能源的種類很多, 所含熱量也不相同, 為了便于相互比較, 我國把每千克含熱7000大卡(29306 kJ)的定為標準煤, 即1 kg標準煤=29306 kJ熱量。照此計算, 目前河南省已探明的經濟型地熱資源總量折合1.15 ×1010 t標準煤, 可減少CO2排放3.01 ×1010 t、SO2排放9.77 ×107 t、NOX排放8.50 ×107 t。

 

  已查明河南省重點城市淺層地熱能可利用資源總量為16.455 ×1014 kJ, 折合5.615 ×107 t標準煤。

 

  由此可見:在可持續發展形勢下, 通過地質新能源資源的勘查開發, 盡可能減少傳統化石類高碳能源消耗, 減少溫室氣體排放, 達到經濟社會發展與生態環境保護雙贏的一種經濟發展形態, 是低碳社會的必然和趨勢。同時, 積極開發利用新能源一方面是積極承擔環境保護責任, 完成國家節能減排指標的要求;另一方面是調整產業構成、優化能源結構、發展新興工業、建設生態文明, 為中原經濟跨越式發展做出積極貢獻。

 

  2 河南省地熱開發利用現狀

 

  2.1 地熱開發利用現狀及評價

 

  目前, 河南省地熱資源主要用于生活、溫泉洗浴、房產開發、酒店及休閑娛樂等方面。據不完全統計, 截止2010 年, 河南省全省地熱資源開采量為67364.63萬m3 /a, 其中房地產開發生活熱水與溫泉洗浴用水約32685.32萬m3 /a, 占48.52%;地熱供暖用水約410.92萬m3 /a, 占0.61%;水產養殖與溫室種植用水約330.09萬m3 /a, 占0.49%;酒店及休閑娛樂用水約33796.83萬m3 /a, 占50.17%;其他用水約141.47萬m3 /a, 占0.21%。據初步統計,2010年8月底前, 河南省共有新生界(古近系和新近系)及前新生界熱儲地熱井(泉)1160處, 年開采量約5000萬m3 。其中, 多數地熱井深度在1000 ～1200 m之間, 最深達3200 m;溫度多數在40 ～ 70 ℃之間, 個別地區最高溫度達90 ℃左右;在豫西隆起山區有溫泉出露, 溫度在38 ～ 65 ℃之間。表2為河南省重點地區地熱資源開發利用現狀評價。

 

  從表2中可以看出:對新生界地熱資源來說, 鄭州、開封、商丘地區, 地熱資源開發利用處于超采或較高開采程度;其它地區均屬于低開采區。但是通過相關資料顯示, 在新鄉、安陽地熱井集中的市區,其新生界地熱資源開發利用也處于超采或較高開采程度;濮陽市區, 已采量和可采量比值達0.69, 處于臨近較高開采水平;許昌、周口等市區, 地熱資源開發利用程度處于中等開采水平;漯河市區, 已采量和可采量比值達0.39, 處于臨近中等開采水平, 其它地區地熱水的開發利用狀況整體上處于較低和低的開采水平。而對基巖地熱資源來講, 所有地市城區都處于低開采水平。

 

  在淺層地熱能開發利用方面近10年內發展迅速, 全省約300萬m2的建筑物采用了熱泵技術來實現供暖制冷, 主要集中在鄭州、洛陽、南陽等城市。

 

  其開發利用類型主要是水源熱泵, 少數地區采用地源熱泵(地埋管技術)。

 

  河南人口總量目前已突破1億大關, 成為全國首個人口過億省份, 能源資源形勢嚴峻。所以, 針對河南地熱資源分布和開發利用現狀, 應積極地推廣地熱資源的利用, 這樣既能緩解能源資源緊缺, 又能很好的保護環境, 具有顯著的經濟效益、社會效益和環境效益。

 

  2.2 河南地熱能源資源勘查施工隊伍情況

 

  目前河南地熱資源勘查施工主要以市場項目為主, 政府的前期投入和勘查幾乎為空白, 前期從事地熱資源勘查施工的隊伍主要以省地礦局所屬隊伍為主, 2002年前90%的地熱項目都是由具有資質的專業隊伍完成。隨著市場需求逐步增大和管理的缺失, 地熱資源勘查和水井施工混淆, 施工準入門檻低。所以, 個體施工和“空殼”公司隊伍迅速發展壯大。目前, 個體和“空殼”公司在地熱領域施工隊伍有40 余家, 其中包括地溫空調經營商(淺層地熱能)有10余家, 擁有資質一般都是河南省水井供水協會頒發的水井鑿井資質和機電安裝資質。沒有任何資質的個體則通過掛靠手段從事施工。目前, 河南地熱市場65%項目的施工均由這些個體和“空殼”公司完成, 存在著質量和地質環境等諸多方面的隱患。

 

  3 存在的問題分析

 

  3.1 管理方面的問題

 

  (1)政府和許多部門對地熱資源和淺層地熱能與地下水資源概念混淆。特別是河南更沒有真正意義上實行統一管理, 管理非常混亂。出現了亂批、亂采和無序現象。在勘查或施工期間地方一些部門干涉和騷擾頻繁, 幾乎每個項目均交納一定的費用。

 

  特別是淺層地熱能開發, 本應該是水文地質和鉆探工程的范疇, 在我省卻以空調安裝或機電安裝隊伍為主, 從而在地下能源采集系統出現系列地質環境問題, 如回灌困難、地下水資源浪費、地面沉降等。

 

  北京、天津、沈陽等城市在地熱能開發管理方面政府都專門成立了“地熱資源管理辦公室” , 30余個城市和縣出臺地熱資源管理辦法、條例和優惠政策等, 鼓勵和引導這種可再生新型環保能源的開發利用。對地熱資源規劃和合理開采以及服務于地方經濟建設、保護環境、發展低碳經濟起到了積極的作用。

 

  (2)政府在地熱潔凈資源前期勘查投入不足,地熱地質基礎資料不詳實、不全面, 地熱地質基礎工作較差。特別是淺層地熱能開發屬于哪個部門管和審批, 河南沒有明確。從而影響了全省地質新能源的開發和能源結構優化調整。

 

  (3)地熱資源開發利用單一分散, 幾乎沒有地熱田的綜合利用和梯級利用, 從而造成寶貴資源的浪費。特別是溫泉洗浴的尾水(溫度38 ℃左右)全部白白排放, 不但造成熱能的浪費, 同時還導致熱污染和地下水環境的破壞。所謂梯級利用, 就是按照用戶終端需要的供熱水溫, 從高到低排序, 高能高用, 溫度適用, 分配得當, 各得其所。通過梯級利用,可有效提高地熱資源利用率。不論是哪種溫度的地熱水, 梯級利用都是一個最佳的利用方案。

 

  (4)河南地熱資源用于洗浴和家庭熱水占到48.52%, 而公益性的地熱供暖僅占0.61%, 其能源資源利用結構不合理。北京市是國內對地熱資源實行統一管理最早的城市, 也是地熱能源資源合理科學利用的示范城市。圖1是北京市地熱資源各種用途及開采比例。其中地熱供暖占到43.40%, 從而可以大大減少用傳統化石類供暖而造成的大氣污染。

 

  (5)地熱資源和淺層地熱能開發利用方面的宣傳力度不夠。北京、沈陽、天津、廣東、咸陽等地區在旅游、房產、生態種植養殖等領域都打造地熱或溫泉品牌, 使這一新型的產業發展迅速, 成為新的經濟增長點。而我省則沒有形成產業化經營, 更沒有進行宣傳。

 

  3.2 技術方面問題

 

  (1)在新近系和古近系地層松散、技術含量低、施工難度小、投入低。所以, 河南地熱資源開發主要集中在1000 ～ 1200 m新生界熱儲層。而基巖地區由于投資和風險大, 技術水平和設備要求高, 故多數單位不愿意涉足基巖和深部的地熱資源鉆探和開發。所以導致河南各地在基巖地區地熱開發處于一個空白或低開采階段。該現象持續下去最終將造成局部過量開采, 誘發系列地質環境和地下水位下降等問題。

 

  (2)地熱資源勘查技術手段單一, 空白區域的前期勘查精度較低。地熱地質和地熱鉆探技術發展速度緩慢, 特別是復雜地層鉆探效率低、成本高、事故率高等。

 

  (3)從事地熱鉆探技術水平參差不齊, 隊伍抗風險能力差, 施工設備和人員分散, 并且相互壓價。

 

  本來是高風險、高回報的一種產業, 現在僅僅是一種維持工資的產業;系統內部施工技術標準、工藝不一, 施工單位各自為戰, 許多先進的成井工藝及技術得不到及時交流和推廣應用, 致使地熱資源勘查開發得不到新的突破。

 

  4 建議

 

  (1)地熱資源管理的目的是為了有效節約, 提高利用率, 實現資源的可持續利用。其管理內容包括:項目審核、勘查登記、采礦發證、開采統計、費用征收、兩權出讓、節約利用、開采監管、違法處罰等等。所以, 建議成立地熱管理部門, 統一管理地熱資源, 負責全省地熱能源資源的科學管理與規劃。明確地熱資源屬性, 規范地熱勘查開發市場。盡快制定《河南省地熱資源勘查開發管理辦法》、《河南省淺層地熱能勘查開發管理辦法》, 并制定相關優惠政策、措施, 鼓勵新能源的勘查與開發。只有明確了資源屬性和主管單位或部門, 才可能避免“亂批、亂采和無序”現象。同時, 規范地熱資源勘查開發隊伍, 實行施工隊伍準入制, 避免成井中的質量問題和由質量問題引發的地下水污染、地面沉降等系列地質環境問題。這些問題在我省一直未得到有效遏制, 需要省級政府協調并徹底解決, 以便使資源合理、科學勘查開發。

 

  (2)組建專業化地熱勘查隊伍, 整合地熱勘查設備、人員, 實行統一管理和調度, 為地熱資源勘查開發實現重大突破提供硬件支持。負責全省的地熱資源調查、規劃、勘探與開發工作。同時, 為政府提供技術支撐和科學決策, 使地熱資源開發利用趨于科學化、合理化和正規化, 為優化能源結構和可持續發展做出貢獻。

 

  (3)完善審批和監督機制, 加大查處力度。地熱資源屬于國家能源與資源, 是一種可再生綠色寶貴能源。為科學合理開發這種新型能源資源, 政府必須采取強有力的措施, 嚴禁“亂批、亂采、亂收費”現象繼續蔓延。

 

  (4)制定《河南省地熱能開發利用技術規程》(地方標準)。河南省地熱資源豐富, 但由于地熱資源開發過程中涉及到很多地質工作內容, 對于不熟悉地質工作的人員來講, 由于缺乏必要的技術指導,增加了地熱能開發利用的風險。因此, 建議由河南省地礦局制定河南省地熱能源開發利用技術規程(地方標準), 通過公益性地熱能源資源開發利用技術工作的推廣應用, 來規范地熱能開發利用技術, 保證工程質量, 降低商業性地熱能開發利用過程中的風險, 提高投資者的信心, 逐步實現地熱能開發利用產業化發展。

 

  (5)制定《河南省地熱能開發利用規劃》。目前河南省重點城市淺層地熱能開發利用規劃已經完成, 但針對深層地熱能以及地熱能綜合開發利用規劃尚無可靠的資料可查。為保證河南省地熱能有序合理的開發利用, 建議地礦部門及地熱能開發利用單位或企業制定河南省地熱能開發利用規劃, 以指導我省地熱能的開發利用工作。對于地熱開發利用程度較高的地區, 如鄭州、開封、商丘、新鄉、安陽, 應劃為重點保護區, 鼓勵勘查開發1600 ～ 3000 m地熱能源資源。以防止新生界地熱水位下降過快, 產生系列地質環境問題。對于地熱開發利用程度一般的地區, 比如濮陽、許昌、周口、漯河, 應劃為一般保護區, 可適度開發。其它城市應劃為鼓勵開發區, 結合自身條件, 開發利用新近系和古近系的地熱能源資源。特別需要指出的是, 河南省基巖和2000 m以深地熱能源資源開發利用程度較低, 政府或專業隊伍應加大勘探開發和利用。

 

  (6)針對河南地熱資源分布規律, 鼓勵地熱供暖和制冷。特別是居民住宅、會堂館所及辦公樓的供暖制冷。這樣可以節約大量的傳統能源、實現零污染排放和低碳生活。在燃氣、煤炭、燃油和電漲價呼聲不斷的情況下, 利用地熱潔凈能源資源供暖制冷將具有一定的現實意義和戰略意義。

 

  (7)結合生態園等大型游樂場所建設地熱示范田, 實現地熱的梯級利用和綜合利用。為能源資源的高效利用和節能減排起到示范作用。

 

  (8)拉大產業鏈, 打造地熱品牌。地熱不但可以供暖、溫泉洗浴、醫療保健, 而且還是一種旅游資源。所以, 在一些地熱資源豐富和具備某種地質現象的地區, 建設“地熱地質公園”或“溫泉醫療保健度假公園”。把簡單的低層次溫泉洗浴等產業鏈拉大, 用地熱品牌帶動旅游、房地產、醫療保健等行業的跨越式發展。

 

  (9)加大地熱能源資源勘查開發核心技術的研究, 特別是超深層地熱資源勘查技術與鉆探工藝方面, 必須有所突破和取得自主創新成果。只有這樣才能規避風險、減少浪費;才能更好地為地熱能源資源的開發利用提供技術支撐。