山東省地熱資源開發利用模式分析研究

王東 中國石化集團勝利石油管理局有限公司新能源開發中心

山東省是我國地熱資源富集區，全省16個地級城市皆發現有地熱資源。據中國地質調查局公布的數據（2016），全省地下熱水資源量折合標準煤693.22億噸，地下熱水可采資源量折合標煤1.16億噸[1]。

雖然地熱資源屬于可再生能源范疇，但作為地熱資源利用載體的水資源則屬于不可再生資源，如果地熱開發不采用科學合理的利用模式，將使生態環境利用與保護受到嚴峻的挑戰，同時也會造成地熱水資源的極大浪費。因此，迫切需要規劃設計一種行之有效的開發模式來進行地熱資源開發利用。

一、現行地熱資源開發模式

山東地熱能開發利用主要以供暖、洗浴等直接利用為主。傳統的承發包模式（D-B-B-O）是現階段在地熱供暖開發與利用領域最為主要的模式。在該種模式中，政府、房地產開發商、專業投資公司、機關企業事業單位作為投資主體；鉆井施工單位及設備安裝單位作為建造主體；地質勘探科研單位作為勘查設計主體。除此之外，開發商需要與勘察設計主體簽訂相應的委托服務協議，由勘查設計主體開展勘查設計活動，并依據勘查設計的成果（通常表現為可研報告）向國土資源行政機關申請探礦權。國土資源行政機關審核無誤后，由開發商基于此種探礦權開展鉆井及設計安裝的招標工作。最后，在上述活動完成且項目建成后，開發商既可以自身對項目進行運營管理，也可以委托物業公司進行管理。

在地熱資源的開發利用方式上[2]，山東主要地區采用地熱供暖或種植、養殖的單一利用模式，絕大多數尚未進行梯級利用并正在配套地熱尾水回灌，開發利用模式的缺點體現在單一、固定，資源利用率低，資源浪費情況嚴重。因此，由于綜合利用技術不完善，尤其是熱水礦化度高等原因，地熱開發給當地帶來一定經濟效益的同時，不合理開采及地熱尾水的任意排放也給當地環境造成一定的負面影響，嚴重制約了地熱資源的開發利用。

二、山東省地熱資源開發利用模式研究

在對山東省熱儲及地熱資源特征進行研究的基礎上，針對層狀巖溶熱儲及帶狀基巖熱儲中蘊含的地熱資源，提出了相應的開發利用模式建議。

（一）梯級開發利用模式

層狀巖溶熱儲主要發育在寒武系―奧陶系中，主要分布在魯西北、魯西及魯中南地區，由于巖溶型熱儲回灌條件較砂巖好且發育規模較大，因此應優先開展全回灌基礎上的規模化地熱供暖和種植、養殖，優先進行地熱資源梯級利用，并考慮多能互補。

在開發利用方式方面，由于該類熱儲的地熱水水溫一般60～90℃，按照溫度高低進行梯級開發綜合利用。60～90℃可用于采暖，40～60℃可用于醫療、洗浴、溫室種植，25～40℃可用于水產養殖和土壤增溫。主要利用過程如下：

第一級：首先將70℃左右地熱水集中到泵站通過換熱器換熱后，供給采暖管網系統，地熱水水溫降至40～50℃。第二級：排出的低溫熱水再進入二級換熱器提供給地板輻射式采暖系統，水溫降至25℃。第三級：利用熱泵技術將25℃左右的熱水進行提溫，水溫加到65～75℃，換熱后回水作為熱泵的熱源，再次進入系統進行供暖。第四級：換熱后尾水溫度30℃左右，經雜質處理后進入住戶洗浴或送入室內游泳池用于溫泉洗浴、娛樂、醫療保健等。最后將低溫尾水（溫度低于20℃）回灌至地下。

此外，還可考慮“地熱+”模式，主要為地熱能和太陽能及風能的互補及調峰利用，將地熱資源與其它能源結合起來，取長補短，提高能源利用效率。

相比于傳統能源供暖方式，地熱能供暖項目具有如下明顯的特點：①熱能來源可再生，基本實現零排放；②項目一次性投資較大，但運行成本較低；③單體項目一般不大，但具有較強可復制性；④專業性較強，準入門檻較高。因此，在開發經營模式方面，建議采用公共私營合作制[3]（Public Private Partnership，以下簡寫為PPP）。

地熱開發利用PPP模式的優勢主要體現在兩個方面：①科學系統的勘探開發利用地熱資源。實施地熱能供暖PPP項目可以極大的刺激并鼓勵專業能源公司的投資開發熱情，并且有效地解決了項目滾動發展資本金不足的難題。②提高市場準入門檻，促進有實力、尤其是具備中深層地熱資源勘探開發能力的單位參與市場競爭。勘探開發技術單位基于其掌握并擁有的勘探開發技術，所以在PPP項目中扮演著“雙重”角色。一方面，其是項目的發起人，承擔項目的相關管理工作。另一方面，且是項目的股東，承擔相關的權利與業義務。這種“雙重”角色可以有效提升項目建造的利潤率并擴大市場份額，實現可持續經營。

（二）“溫泉+”開發利用模式

帶狀基巖熱儲主要發育在前新生界的各類巖石地層中，主要分布在魯東隆起區及膠南―威海隆起區。熱儲巖性種類較多，碳酸鹽巖、砂巖及各類巖漿巖、變質巖中均可發育，縱向上呈帶狀展布，分布規模有限，熱儲非均質性極強。因此，開發利用模式主要以溫泉旅游和綠色農業相結合，限制開采規模，保障資源的可持續利用，形成“溫泉+X” 的大溫泉開發模式，打造健康產業城規劃。從休閑產業的角度，以溫泉為中心，充分考慮溫泉與相關從產業的發展，形成聚集效益。同時，充分發掘當地的人文資源，形成自己獨特的優勢，以實現溫泉旅游產業規劃的創新。

利用地熱管理區的資源優勢，重點打造地熱溫泉城、休閑商業區、現代農業觀光區等多個功能區。其中地熱溫泉城包括地熱療養區、地熱娛樂區、地熱別墅區；休閑商業區主要是開發高端溫泉酒店，打造最佳商務會議中心及假日酒店等商業服務設施；現代農業觀光區目的是發揮地熱資源的延伸利用價值，以地熱營造溫室，發展高附加值種養殖、溫泉生態農業項目，例如把地熱水引入大棚種植區，通過循環保持棚內恒溫，同時利用溫泉洗浴后的廢水加以灌溉，打造地熱管理區獨具特色的名牌水果，利用溫泉洗浴、溫泉供暖后廢棄的地熱礦泉水種植農作物，培育優質綠色礦泉農作物，打造地熱管理區的品牌。

三、地熱資源開發利用建議

在進行熱儲開發利用規劃的同時，需要考慮地熱資源保護與環境防治對策問題，提出以下幾點建議：

（1）優化地熱利用方式和開采模式，避免地熱開發利用的單一模式，提高資源利用效率及利用規模，減少資源浪費，合理開發地熱資源，促進地熱資源的可持續開發利用。從能源戰略的高度，對地熱資源開發利用進行統一規劃、統一管理、合理布局、綜合利用，科學合理布設地熱井，嚴格地熱井開采量，保障地熱資源的可持續開發。

（2）在地熱資源開發利用中應充分利用其熱資源與水資源，最大限度地開發地熱資源的潛能，做到高效節約地利用地熱資源。積極推行新工藝、新技術，梯級利用地熱資源，根據不同地熱開發利用項目對水溫的不同要求，采用一定工藝多級次地從地熱流體中提取熱能，多層次地利用地熱能，充分利用寶貴的地熱資源。

（3）研究地熱尾水經濟全回灌系列技術，對于有條件回灌的地區，進行地熱尾水的全回灌或以灌定采，制定合理的采灌制度及開采規模。回灌模式優先選用同層對井回灌，只能采用異層回灌方式的，開采層的水質應好于回灌層。

（4）加強地熱井動態監測，地熱井應建立動態監測制度，對地熱井水的溫度、水位、流量、化學成分和氣體成分含量等進行監測，并保持動態監測的連續性，真實反映地熱開發的歷史性變化。

（5）加強地熱資源開發的管理。建立地熱資源開發利用數據庫、動態監測系統及自動化信息管理系統，對數據隨時更新和動態分析，以實現管理工作的現代化；加強地熱資源法規建設，制定地熱資源管理條例，健全和完善地熱資源由國土資源部門統一管理的體制；采取法律、行政、經濟、技術等有利措施，努力提高地熱資源的利用效率，使地熱開發和綜合利用步入良性循環，保障地熱資源的可持續利用。