貴州省安順地區淺層地熱能開發利用現狀及發展模式探究

［關鍵詞］安順地區；淺層地熱能；資源；開發利用

淺層地熱能，指蘊藏在地表以下一定深度范圍內巖土體、地下水和地表水中具有開發利用價值的熱能，即地源熱泵換熱技術可利用的蘊藏在地表以下200m以淺，溫度低于25℃的熱能[2]。其能量主要來源于太陽輻射與地球梯度增溫。淺層地熱能通過熱泵技術采集利用后，可以為建筑物供暖，較常規供暖技術節能50%—60%，運行費用降低30%—40%。淺層地熱能分布廣，儲量大，再生迅速，利用價值大。中國淺層地熱能主要通過地源熱泵技術加以采集利用。不但可以滿足供暖需求，也降低了排放的污染量，有利于保護環境。該能源開發利用的原理是以地源熱泵利用溫度恒定的地質體或水體與外界的溫差，以淺層地熱能作為冷、熱源，通過地源熱泵系統消耗少量的機械能，為人類供暖、制冷。常規地源熱泵系統有地下水地源熱泵系統和地埋管地源熱泵系統。圖1為淺層地熱能運作原理圖。

“熱泵”一詞，1912年由瑞士人提出，1946年第一個熱泵系統在美國誕生。1974年起，瑞士、荷蘭和瑞典等歐洲國家政府逐步資助建立示范工程。

我國熱泵的研究時間始于20世紀50年代，由天津大學熱能研究所的呂燦仁教授在1954年開展了我國熱泵的研究工作，在1965年研制成功國內第一臺水冷式熱泵機組，但發展緩慢，直到80—90 年代，興起了新一輪的研究[3]。1994年3月，國務院批準了《中國21世紀議程下的可持續能源計劃》。1999年，正式啟動了北京嘉和園國際公寓、寧波服裝廠廠房樓、廣州松田學院教學主樓三處示范性工程，建筑總面積13.238×104m³。

隨著我國能源結構政策的調整，以燃煤和耗電為主的鍋爐采暖、空氣源熱泵供冷的傳統方式會被更加高效的以淺層地熱能為熱源的地源熱泵供暖或供冷方式取代。隨著地源熱泵技術的逐步完善，淺層地熱能也日漸成為我國今后一段時間內地熱能開發利用中最普遍最主要的能源。在我國建筑物供暖或制冷中，淺層地熱能所占的比重將越來越高。表1為我國2011年與2021年新型能源應用面積對比，淺層地熱能應用面積增加倍數最大，由此看出淺層地熱能源已逐漸成為普遍應用的能源之一。

現階段，我國社會經濟飛速發展，隨著人們生活水平的不斷提高，社會發展對能源的需求量越來越大。安順地處黔中腹地，屬高原型濕潤亞熱帶季風氣候，冬季最低氣溫-7.6℃，相對寒冷，取暖消耗大量電能（電煤轉化）、燃氣，產生的二氧化碳等污染物對空氣造成了一定影響。從長遠的角度分析，淺層地熱能是安順地區最具有開發利用潛力的清潔環保能源。

安順區內三疊系安順組、關嶺組白云巖廣泛出露，厚度300～500m[1]，水文地質條件優越，白云巖熱導率系數、熱擴散系數等熱物性參數高，蘊藏著豐富的淺層地熱能資源。目前，安順地區淺層地熱能開發利用方面處于空白，尚無已建成、在建、擬建利用淺層地熱能資源的工程，發展較為滯后，造成了大量資源浪費、閑置。

1. 自然地理

安順地處黔中腹地，地理位置東經105°13'～106°34'，北緯25°21'～26°38'，南臨北盤江與黔西南州相望，西與六盤水相連，北與畢節市接壤，東與貴陽、黔南相鄰，總面積9187.23 km²。滬昆鐵路和黃織鐵路境內交錯，滬昆、花安、赤望、都香高速公路貫穿全境，交通便利。在南部和西南河谷區具有亞熱帶季風溫暖春干氣候特點。

研究區地處云貴高原東部斜坡地帶二級臺階之上，苗嶺山脈西段南北兩側，地勢總體中北部高，北部-東北部-西南部-東南部低，境內碳酸鹽巖廣布，巖溶發育，河流多發源于西部高山區和中部山區，處于長江流域烏江水系和珠江流域北盤江水系的分水嶺地帶，主要徑流受地形與地質構造條件制約，由西部和中部分別向東及南、北方向呈扇形展布，以東南流向為主，水能資源豐富。

安順屬于國家區域經濟規劃重點發展的黔中經濟區，總人口290余萬人，旅游資源豐富，是發展潛力較大的新興城市。

2. 地熱地質條件

研究區處于上揚子地塊與江南復合造山帶交匯區，大地構造橫跨威寧隆起區、六盤水裂陷槽、織金穹盆構造變形區、興義隆起區、冊亨東西向緊閉褶皺變形區、望謨北西向褶皺帶、都勻南北向隔槽式褶皺變形區[1]。其具體劃分為：（1）北西向構造帶：展布于關嶺縣、鎮寧縣西部及紫云縣西南部；（2）北東向構造帶：分布于轄區中部及北部的西秀區、普定縣及平壩區的中西部和北部；（3）南北向構造帶：發育于平壩區東部、西秀區東部及紫云縣東部及南東部；（4）斷裂構造：木崗-鎮寧-紫云一線北東部斷裂主要呈北東向，南西部以北西向為主，樂平官屯、七眼橋和雞場-雙堡挽近期活動斷裂呈北東向；永寧-花江、關嶺-打邦挽近期活動斷裂和安莊坡-武勝堡深大斷裂呈北西向。

研究區范圍內出露地層自寒武系中下牛蹄塘組（∈_1-2n）至第四系（Q）沉積序列中，除缺失志留系（S）外，其余地層均有出露，尤以三疊系地層發育最全，分布面積最廣，二疊系玄武巖在北部轎子山地區有零星分布。地層巖性以碳酸鹽巖系為主，主要為灰巖、白云巖、白云質灰巖、泥灰巖等，約占轄區國土總面積的75%；其次為碎屑巖，包括砂巖、泥巖、頁巖、玄武巖、第四系。

區內地下水主要賦存于碳酸鹽巖，含水巖組類型包括：純碳酸鹽巖含水巖組、碳酸鹽巖與碎屑巖互層含水巖組。東部楊武-安順城區-關嶺局部地區地下水受寬緩背斜控制賦存于背斜翼部、核部的谷地，含水巖組多為下三疊安順組、關嶺組白云巖，地下水在關嶺地區多受北西-南東向斷層、在安順-平壩地區受北東-南西向斷層阻隔富集于溝谷及斷層兩盤，地下水埋深多數處在50 m左右；南部紫云、鎮寧南部地下水多賦存于碳酸鹽巖與碎屑巖接觸帶，地下水多分散排泄于溝谷，少量以地下河形式集中徑流排泄于河谷，地下水埋深多為50～100 m或大于100 m。地下水系統類型可分為地下河系統、巖溶大泉系統以及分散排泄系統，其中，平壩-西秀區-鎮寧東部-普定南部等地區以安順組和楊柳井白云巖為主，地下水埋藏較淺，一般小于50 m，分布相對均勻，適宜機井開采，以分散排泄系統為主；南部打邦河、北盤江左岸的關嶺及鎮寧中西部、南東部紫云、北部三岔河河谷斜坡地帶的普定一帶，地形起伏較大，切割深，巖性以灰巖為主，地下水系統以地下河系統及巖溶大泉系統為主，安順市地下水允許開采量6.27×10⁸ m³/a，水溫一般在16～17℃[4]。

3. 資源現狀及開發利用問題

根據查閱的資料[5]，安順地區出露的地層多為三疊系和二疊系地層，巖性主要為白云巖、泥質白云巖及灰巖等，安順地區淺層地熱能熱容量為3.23×10¹³kJ·℃^-1，適宜區面積為133.41km²，區域熱換功率夏季為84.7×10⁴kW，位居全省第一，可供制冷面積1.2×108m²，位居全省第一；冬季為47.7×10⁴kW，位居全省第二，可供供暖面積0.95×108m²，位居全省第二。數據顯示，安順地區淺層地熱能資源極為豐富，熱換功率及可供制冷、供暖面積體量大。現就安順地區目前淺層地熱能開發利用存在的主要問題原因闡述如下：

3.1 社會認知程度較低

由于淺層地熱能應用推廣力度不足，民眾對該能源應用認知程度較低，而安順市作為貴州省下屬的一個地級市，經濟發展相比省內部分地（州、市）還存在差距，工作經費投入有限，使該資源開發利用前期工作落實形成阻礙。

3.2 淺層地熱能地質基礎研究工作滯后

安順地區天然出露溫泉極少，也沒有進行有效利用，轄區內開展的地熱地質研究工作較少，就目前發展的形勢來看，相比省內，安順地區較為落后。由于此類研究工作開展不足，有關部門和專家學者并沒有對其重視，且研究淺層地熱能資源開發利用技術人員較為缺乏，專業性不足，進而不能對其進行更為深入的研究，使資源開發利用一直處于停滯不前或緩慢發展的狀態[6]。

3.3 缺少政策扶持

截至2021年年底，安順市職能部門尚未出臺關于淺層地熱能資源開發利用項目申報、實施、政策優惠等規定，也沒有形成一套完整的開發利用管理體系。

4. 開發利用發展模式探討

4.1 加大宣傳力度

積極開展淺層地熱能資源宣傳、推廣工作。從能源屬性、環保、健康、使用成本等方面向社會公眾進行進行宣傳，積極開展示范工程的建設，尤其是社會公益性公共場所，使更多市民充分了解該資源利用的事項。同時啟動打造以安順中心城區為核心的利用淺層地熱能供暖、制冷的商業、住宅示范區以及以旅游服務為主的溫泉度假中心等示范工程，如黃果樹景區、龍宮景區等，以此帶動安順地區淺層地熱能資源的開發利用。

4.2 加強淺層地熱能基礎地質研究工作

將科學發展觀落實到位，突出在保護中開發以及開發中保護的理念。根據已有的地質資料，在擬開發的區塊，以水文地質勘查為基礎，結合實地地下水數據、信息，利用已有（如果有）的工程，查清地下水特征：包括水量、水溫、水位、排泄方式及其流向，開展獲取一定深度內巖土體的導熱率、熱擴散系數、比熱容等熱物性參數的工作，在可利用的范圍內估算淺層地熱能資源量，從而為淺層地熱能資源開發利用制定完善的工作方案。

積極展開資源開發利用前環境影響評估工作，重點評估因開發淺層地熱能資源造成新的地質環境問題或水質污染等環境問題，為綜合分析評價淺層地熱能資源量及開發利用潛力、評估開發利用經濟及環境效益、預測可能出現的環境影響、提出合理的開發建議及綜合防治措施、制定開發利用方案等提供基礎支撐及技術保障，同時根據調查區水文地質條件、地質環境條件等劃分地源熱泵適宜區，以確定使用的地源熱泵類型。職能部門可根據淺層地熱能開發利用的實際情況將其納入近期或遠期規劃，并積極申報“示范工程”，爭取國家專項資金支持。

4.3 堅持政府引導、市場推進

積極推動安順地區地熱能產業發展，要處理好政府職能部門與市場的關系，使市場在資源配置中起決定性作用和更好地發揮政府引導支持作用，加大專項資金投入力度，引導指導試點示范工程項目落細落實落地，形成管理制度，強化政策傾斜，完善激勵措施，構建標準體系，優化發展環境，培育地熱能產業發展引擎。采用多元化的商業運作模式，對招商引資的企業，按照法律法規規定，從投資補貼、稅收減免等方面降低供暖企業的運營成本，營造平等競爭、共同發展的良好氛圍。要堅持以企業為主體，推進市場化運作，充分發揮市場主體的積極性，激發市場主體活力，吸引更多社會力量主動參與，引進更多社會資本積極投入。

4.4 制定發展規劃、明確發展目標

優化地熱能資源開發利用布局，合理劃定開發利用區，科學部署地熱能資源開發利用工作，重點開發利用淺層地熱能試點多元梯級利用。根據規劃區水文地質條件，因地制宜、科學、合理、規范地布置示范工程，明確安順地區“十四五”“十五五”推廣利用的目標。通過示范工程建設引導和推動地熱能勘查及開發工程的實施，全面提升安順市地熱能資源開發利用水平，進一步強化地熱能資源統一管理和技術支撐能力建設，充分挖掘地熱能的開發利用潛力，大幅度提高地熱能在安順市能源利用中的比重，達到綠色發展、節能降耗的目的，從而推動安順地區淺層地熱能產業良性、健康發展。

4.5 完善管理機制

目前，淺層地熱能開發利用管理涉及多個職能部門，為提高服務質量，建議設立專門的管理機構，可根據需要設立專家庫對建設項目提供技術支持，專家庫涵蓋水文地質、地熱地質、暖通空調、機械制造、設備調試等專業的專家學者。地源熱泵系統是集地質環境、熱泵系統、自動控制和暖通空調系統等多學科的有機結合體，需要加強配合，做到各分部都要與整體相協調，才能使整個系統運行達到經濟、節能與環保的目的[7]。

淺層地熱能的開發利用，涉及的勘查、評估、施工、運行管理等環節，須由專門的管理機構嚴格把關，參與的技術單位、團體必須持有相應等級的資質方可準入。實施的項目應取得專門的管理機構的審批同意。

5. 結語

研究區地下水賦存條件不同，開發利用條件存在較大差異，根據區內地下水賦存條件將其開發利用條件分為三類：（1）區內寬緩背斜形成的谷地，區域出露地層為下三疊安順組白云巖，地下水埋深多小于50 m，利于采用機井開采地下水；（2）地下河系統分布區，地下水多集中徑流、排泄，補給區多為地下水疏干區，但在地下河管道上及出口處利于采用泵提、管引方式開發利用；（3）巖溶大泉系統分布區，地下水集中排泄于地表，在泉口處多采用泵提、管引方式開發利用。

通過分析當下安順地區在淺層地熱能資源開發利用中面臨的問題，并提出建議與對策，以此助力安順地區淺層地熱能開發利用實現可持續高質量發展，促進安順地區能源結構調整，建設生態環境友好型社會，支持早日實現“碳達峰、碳中和”目標，實質性推動地方經濟發展及社會建設。