地熱水的開發利用及存在問題研究

吳錫剛,劉同僧,何 平

(河北省廊坊水文水資源勘測局,河北 廊坊 065000)

地熱水,是溫度顯著高于當地年平均氣溫,或者高于觀測深度的圍巖溫度的地下水。地熱水不僅是寶貴的地下水資源,而且是珍貴的清潔能源。這種清潔能源,因能滿足資源節約、環境友好型社會的發展,正在全國逐步推廣。河北省有著豐富的地熱水資源,已探明的深層地熱水資源和淺層地熱水資源,相當于標準煤 500億 t,地熱儲藏量僅次于西藏和云南,在全國位居第三,開發利用具有廣闊的前景。開發利用地熱能,對增加能源供應,改善能源結構,保障能源安全,保護環境具有重要作用,同時也是發展低碳經濟,建設資源節約、環境友好型社會的要求。[1]

1 地熱水資源開發利用研究的意義

1.1 節能減排,改善大氣質量

據有關統計,河北平原區已查明地熱水資源區主要包括牛駝鎮、滄州、黃驊、寧晉、新河、安平、深州等地區,面積共9 240 km2。地熱水資源可應用在供熱采暖、醫療洗浴、種植與養殖等多種領域,具有占地少、開發方便等諸多優勢,地熱水資源通過有效的補給、循環利用,可以說是取之不盡,用之不竭的。開發利用地熱水資源,無廢渣、粉塵污染,相對和燃煤、燃氣、燃油相比,在大氣中的排放可以說很小。且用后的棄(尾)水既可綜合利用,又可回注到地下儲層,對空氣、土壤等環境影響較小。地熱水資源的開發利用有著突出的經濟效益、社會效益和生態環境效益。

1.2 改變能源消耗方式,改善能源結構

傳統能源的消耗方式為采掘資源——消耗資源——排放廢棄物——污染環境。地層新能源技術實現能源消耗方式是采掘資源——利用資源——資源再生(資源保護)——保護環境——資源再利用。

地熱的開發利用在調整全省能源結構和保障能源安全,減少煤炭資源過度開采,彌補石油和天然氣資源短缺、增加能源總量、緩解能源供應壓力,減少污染排放、保護環境、實現可持續發展等方面,開始發揮日益重要的作用。

2 地熱水資源狀況及存在的問題

2.1 開發利用現狀

河北省地熱水資源開發利用歷史悠久,早在 2000多年以前,人們就利用溫泉進行洗浴和治療疾病。近年來,利用地熱水資源開展養殖、種植、采暖、烘干、洗浴等發展趨勢有所加快。截至 2008年底,全省地熱水資源年開采量為 4 500萬m3,相當于標準煤 24.30萬 t,總產值 120 000萬元;供暖面積 449萬 m2,養殖面積 379.49畝,種植面積 5 925畝,年洗浴人數 786.219萬人次。目前,全省地熱水資源的利用方式主要以供暖、洗浴、養殖及溫泉療養為主,平原已開發利用地熱井 210眼,山區開發利用地熱井 77眼,山區溫泉 47處。例如,在邢臺的臨西、清河、南宮、新河、寧晉等地,地熱水利用發展較快,已取得了良好效果,既節約了常規能源,又減少了環境污染。[2]

2.2 存在的主要問題

1)管理體制不順,職責不清

國務院《水污染防治法實施細則》將地熱水、礦泉水都列入地下水類型,劃入水資源范疇,而國務院《礦產資源法實施細則》卻將地下水與地熱水、礦泉水并列為不同類型下礦種,都列入礦產資源范疇。國務院關于水利部的三定方案,根據一事一部原則,明確將地熱水、礦泉水劃歸水利部來管,規定只辦理取水許可證,不再辦理采礦許可證;然而中編辦[1998]14號文卻在承認地熱水、礦泉水皆屬水資源、應首先辦理取水許可證的同時,也規定還要再辦理采礦許可證并征收礦產兩費。這些矛盾交錯、錯綜復雜的規定,使開發地下熱水的企業分不清管理主體而無所適從,甚至成為某些企業拒絕接受監管的借口,從而導致不能對地下熱水資源進行科學有效的監督管理。

2)退水溫度較高,造成資源浪費

目前地熱供暖主要問題一是尾水排放水溫比較高,一般在 40℃以上,造成了資源的浪費。地熱水供暖后尾水排放水溫比較高,造成熱污染,不符合環保的要求。適當降低供暖排水溫度可提高地熱能的利用率。降低地熱水供暖的尾水排放溫度,必須要考慮供暖系統的初投資,因為降低尾水排放溫度就要增加散熱器的面積。據有關專家分析,散熱器的進出口溫差每增加 5℃,散熱器面積需增加 12%,因此,地熱供暖尾水排放溫度的降低與散熱器面積的增加存在一個優化問題。為充分利用地熱水的熱能,可對供暖排水再次利用,實現地熱資源的梯級綜合利用。在地熱能的開發利用中熱泵技術是目前世界上的一個熱點,近 5年來,全世界地熱熱泵容量以平均 30%的年增長量在發展。對低溫地熱或地熱供暖尾水可利用熱泵技術提升其熱能品位,使地熱資源得到充分利用。[3]

據調查,全省山區有大約 1/3的溫泉和地熱井未得到利用,如赤城縣塘子廟溫泉水溫達 64℃,沒有得到任何利用而白白流失;隆化縣小廟村地熱井水溫高達 90℃,也沒有得到利用,造成資源的閑置浪費。

3)地熱水帶來水環境污染

地熱水中溶解性總固體含量高,有的地熱水中某些組份含量超過排放標準。河北大部分的地下熱水中氟化物5mg/L以上、含鹽量 7 g/L以上,氯化物 3 g/L以上,它們都大大地超過了飲用水衛生標準。大量地熱水利用后的隨意排放,也造成地表水和地下淡水的污染。

4)地熱水利用過程中的另一個問題就是結垢和腐蝕。

結垢物質主要有氧化鐵、硫酸鈣、碳酸鈣和硫酸鹽等。水垢的傳熱性能差,管道結垢大大地降低換熱器的傳熱性能,使得地熱能利用率下降;另外,結垢使水的流動阻力增加,增大了流體輸送的能耗。在地熱的直接利用中,防腐是一項重要問題,腐蝕主要由氧、氯等元素引起。為保證供暖設備的可靠性和使用壽命,可采取適當的措施減少或防止腐蝕：利用非金屬材料解決腐蝕問題;從開采到利用采用密閉系統,防止空氣(氧)進人系統中;對含 Cl-的地熱水可采用前置換熱器,使用間接供暖方式,這樣,前置換熱器采用耐腐蝕材料而供暖管道和設備可采用普通碳鋼。[3]

5)地熱水的回灌問題

在地熱資源利用過程中,回灌技術是另一個值得重視的問題。如果只開采利用而不回灌會帶來一系列問題：①引起地面下沉,這在我國地熱開采利用較早的地區已表現出來;②造成環境污染,地熱水的排放一般在 40～50℃,不回灌會造成熱污染,而且地熱水中的砷、汞、氟等有害元素也會污染環境。③大量開采地熱資源而不采用回灌技術會影響地下結構的穩定性。

3 地熱水資源開發利用的幾點建議

3.1 加強地下熱水資源的統一管理勢在必行

地熱水屬于礦產資源還是水資源?開發利用地熱水的行為,屬于采礦行為還是取水行為?需要適用礦產資源法律法規還是水法律法規?由國土資源行政主管部門監管還是由水行政主管部門監管?《中華人民共和國水法》第二條第二款規定：“本法所稱水資源,包括地表水和地下水。”《取水許可和水資源費征收管理條例》第二條第二款規定：“取用水資源的單位和個人,除本條例第四條規定的情形外,都應當申請領取取水許可證,并繳納水資源費。”

在具體的實踐中,對于地熱水到底屬水屬礦,我們可以運用新法優于后法的原則,并采用原國務院法制局“雙重屬性”的解釋,否定其單一礦產屬性的說法,將其納入水法律法規的調整范圍。地熱水首先表現為地下水,開發利用地熱水首先表現為取用水資源。因此,應當按照《水法》和《取水許可和水資源費征收管理條例》的規定,申請領取取水許可證并繳納水資源費,取得取水權,并接受水行政主管部門的監管。

3.2 加強地熱水資源保護,實現可持續開發

河北省政府于 2006年頒布實施《河北省地熱資源管理條例》,要嚴格執行《條例》規定,對地熱水資源開發利用進行依法管理,改變粗放利用地熱水資源的方式,使得全省地熱開發行為得到規范,逐步提高地熱綜合利用和節約利用水平。

地熱水資源是可再生的能源資源,同時又是有限的資源,其補給過程是極其緩慢的。在地熱水資源的開發利用中,要加強管理、采取限量打井、限制開采量等措施,合理開采、有效保證,加強地熱水資源的管理和綜合利用,大力推進地熱回灌。制定統一的發展規劃,細化措施,高起點、高標準、高質量的開發利用地熱資源,使地熱資源開發與保護逐步科學化、規范化,地熱資源的開發與利用要保持環境和經濟效益的協調一致,保護生態平衡,走可持續發展之路。

3.3 加強地熱水資源的利用與研究

地熱水是集熱、礦、水于一體的寶貴資源,開發利用必須充分考慮綜合利用這三個方面的資源,避免對地熱資源開發利用的單一化趨勢。地熱水資源開發利用屬“資源 +技術”型產業,技術性突出,是一項涉及多學科和多行業的體系。河北省要建立和完善這個體系,必須重視將高新技術不斷地向傳統行業擴散、滲透,要盡快制定系統的技術規程、規范和技術標準。宜以有關院校和科研單位為技術依托,引進應用相應科研成果和先進實用的技術與設備(如熱泵),大力推廣梯級利用和綜合利用,形成資源集約型的生產體系和消費體系,提高地熱水資源利用率,物盡其用。建議按不同溫度開展地熱水資源的梯級利用,因地制宜,發揮資源優勢,減少浪費,提高地熱利用率。

要從加快轉變經濟發展方式,推動產業結構優化升級的高度,積極探索合理開發和科學利用地熱水資源的方式。既要把地熱水資源作為一種新能源加以合理開發利用,也要把它作為一種特色旅游資源加以深入研究和分析,探索一條依托地熱水資源大力發展旅游業的新路子。

3.4 加強地熱水資源政策研究

地熱水資源屬國家所有,地熱水資源開發利用宜盡快納入政府管理序列,建立專門機構,行使地熱水資源勘探評估、規劃設計、組織實施、監測檢查、政策制定、督導服務等職能。結合河北省城市經濟發展的需要,進一步研究、調整有效保護和合理開發地熱水資源的相關政策。建立地熱開發市場的信用體系,加大地熱開發管理的監管力度,通過公告、公示等方式及時公開地熱開發利用的相關信息,規范地熱開發行為。

3.5 加強地熱水資源利用對環境的影響研究

地熱水資源的開發利用將對環境將造成一定影響。因此,在開發利用過程中,在加強管理的同時,必須建立水環境監測體系,對開采、使用、排放和回注的各個環節都要進行水質各項指標的監測,研究不同使用地熱資源系統對環境造成的影響,進而確定地熱水資源的采、用、排的最佳方案。

3.6 加強節約利用地熱水資源的宣傳

努力加大節約利用宣傳力度,要通過節約利用宣傳,使大家理解資源的寶貴與重要,提高對節約利用地熱水資源的重視,形成節約意識,自覺做好節約工作,從而有效地保護地熱水資源。

4 結論

河北省地熱水資源較豐富,分布廣泛,地熱水資源作為一項清潔、綠色、可再生的能源資源,在保護環境、建設生態文明中有著巨大的作用,應該在全省范圍內大力提倡,科學合理地利用,做到利用與保護相結合,使地熱資源長期造福于人民。

[1]河北地質礦產局.河北地下水[R].2007.

[2]邢臺水文局.邢臺市地溫空調技術應用及地熱開發利用對策建議[R],2008.

[3]季志恒等.地熱水在地熱供暖中的應用[J].地下水 2010.1.