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金城“热脉”涌动

——兰州市中心城区地热资源勘查与开发利用情况解读

2018-2-22 14:13:29 来源:中国矿业报社 本报记者:孙宇浩 申文静

兰州,别名金城。据记载,因最初在这里筑城时挖出金子,故取名金城。此外,还有一种说法是依据兰州城群山环抱,固若金汤,取“金城汤池”的典故,命名为金城,喻其坚固。殊不知,兰州是金城,还是一座“热”城。

近期,兰州市国土资源局组织地勘单位、管理部门的相关人员和技术专家,在城关、七里河、西固、安宁等四县区国土资源局的配合下,对兰州市中心城区地热资源勘查与开发利用情况进行了实地调研。通过查阅历史资料、实地踏勘、综合研判等方法,工作人员初步掌握了兰州市中心城区地热能资源具有分布广、类型多、储量大、深浅不一、开发利用条件适宜等优越性。

兰州市城区地热资源勘查项目试验井

兰州市中心城区的地热资源分布在哪里,规模如何?其勘查、开发、利用、监管等方面情况怎样?还存在哪些亟待解决的问题?对于调研的具体情况,记者近日采访了兰州市国土资源局矿管处处长滕制军、副处长杨东。

问:请问兰州市地热资源赋存情况如何?

滕制军:兰州市中心城区浅层地温能地下水地源热泵适宜区较小,只分布在深沟桥至雷坛河段黄河近岸边一级阶地平原区,面积25.30平方千米;较适宜区分布于“七里河断陷盆地”及其以外黄河河谷二级阶地区、和平盆地和定远盆地平原区,面积184.7平方千米。地埋管地源热泵适宜区主要分布于西固区柳泉乡、安宁区砂井驿-安宁堡、七里河区五星坪-狗牙山、小坪子-西津坪、七里河骚狐滩和城关区盐场堡,分布面积240.9平方千米;较适宜区主要分布于西固区西固城、安宁区安宁堡-十里店、城关区西关-桑园子、和平-定远盆地,分布面积382.5平方千米。

如按兰州市目前规划的土地利用面积全部用来开发浅层地温能,每年可节约能源相当于178.9万吨标准煤,同时,每年可减少二氧化碳排放量427万吨,减少二氧化硫排放量3万吨,减少氮氧化物排放量1.1万吨,减少粉尘排放1.4万吨,减少煤灰渣17.9万吨。

在深层水热型地热能资源方面,从兰州城区及周边已完成的6眼地热探采井和取得的一系列资料看,兰州市中心城区热储总体呈层状展布,但局部因受断裂控制也表现出裂隙型热储特征,一般靠近断裂带的钻孔单井出水量大、水温高。

兰州市中心城区深层水热型地热能资源分布范围大,位于其中的“七里河断陷盆地”勘查精度较高,在其中98平方千米便于开发利用城市建成区和规划区内初步估算储存的地热资源量折算标准煤为23547.51万吨,开采100年可利用的地热流体总热能量为2354.75万吨标准煤。兰州市中心城区“七里河断陷盆地”以外的其它地区由于地热勘查控制程度低,利用现有地热探采井进行比拟,得出储存的地热资源量为19640万吨标准煤,开放后开采服务100年利用的地热流体总热能量为1964万吨标准煤。

概括起来讲,兰州中心城区水热型地热能资源开发潜力大,若能全部加以开发利用,每年可节约标准煤75.83万吨,能够为建筑提供450~500×104平方米的供暖面积,每年可减少二氧化碳排放量103.05万吨,减少二氧化硫排放7342.3吨,减少氮氧化物排放量2591.4吨,减少粉尘排放3455.2吨,减少煤灰渣431.9吨。

另外,兰州市中心城区北部的十里店、东部的桑园峡-来紫堡一带发育有加里东期花岗岩体。该岩体由斑状黑云母花岗岩组成,其成分中含大量钾长石,这些放射性元素衰变释放的热量为干热岩形成提供了充分的热源条件。虽然兰州市有形成干热岩型地热资源的地质条件,但兰州市中心城区从未开展过干热岩型地热资源研究,故其资源量无法计算。

问:目前,兰州市地热资源勘查及开发利用现状如何?

杨东:兰州市中心城区地热资源的勘查总体程度较低,除为开发利用而对单个地热井进行的勘查外,较为详细的地热资源调查是2012年完成的“兰州市浅层地温能调查评价”和2015年开展的“兰州市城区地热资源勘查”工作。这些工作确定了兰州市地热资源重点勘查开发前景区,为后续地热资源勘查远景规划提供了依据。浅层地温能调查评价程度可基本满足开发利用规划的要求,深层水热型地热资源,重点勘查仅限于“七里河断陷盆地”内,盆地内地热地质条件基本明确,可初步估算其资源量,基本满足开发利用规划的要求。盆地外区域勘查程度很低,地热地质条件尚不清楚;干热岩型地热资源没有开展过勘查研究工作,条件不清。

对于地热资源开发利用的情况,可以从浅层地温能资源开发利用和水热型地热资源开发利用两方面来分析。

目前在兰州已安装18个浅层地温能开发利用项目。从安装类型来看,区内已建成地下水地源热泵系统项目15个,已建成地埋管地源热泵系统项目3个,每个系统均采用“一机两用”,即夏季制冷,冬季供暖。从浅层地温能开发利用的用途来看,主要集中在商务办公、住宅方面,其它还有展厅、医院、学校、法院等多种建筑,用途具有多样性。

另外,水热型地热作为一种新型的清洁、高效且可持续利用的能源,对城区实现节能减排,改善生态环境等具有重要作用。但受制于兰州市地热勘查滞后,资源不清,加之开发利用技术相对落后和市场管理不规范等因素,截至目前全市尚无一处水热型地热供暖建筑。总之,目前兰州市中心城区及附近共有地热井6眼,只有2处用于洗浴,开发利用方式单一,尚未形成温泉旅游产业,也未开发温泉养殖和地热供暖。

问:能否请您具体分析一下兰州市地热资源勘查工作还存在哪些问题?

滕制军:地热资源的勘查评价可分为两个层次:首先是区域勘查评价,要查清兰州市中心城区深层、浅层地温能分布规律、赋存条件等,评价其可利用资源量,进行开发利用适宜性分区,才能为深层、浅层地温能勘查、开发利用规划提供依据。虽然兰州市曾针对地热资源开展了“兰州市浅层地温能调查评价”和“兰州市城区地热资源勘查”,但研究程度仍然较低,仅达到调查阶段精度,无法满足地热资源的开发利用的实际需要。其次是针对单项工程的场地勘查评价,只有通过勘探、试验手段,才能确定地层结构特征、岩土体的孔隙率、热储含水量、密度、热导率、比热等物理参数。尤其是浅层地温能还需要研究恒温带的深度和温度、地温及水温的分布与动态,掌握含水层的富水性与回灌能力,评价浅层地温能资源,为热泵系统设计提供依据。在资源不清的情况下盲目设计或开发利用,势必会造成资源浪费甚至直接影响到系统运行效果。深层、浅层地温能的区域勘查评价和工程场地勘查评价都是不可或缺的。

另外,地热资源的开发具有高风险、高投入的特点。由于兰州市地热资源勘查研究基础薄弱,从而制约了商业性地热资源的勘查开发活动。加大地热资源的基础性和公益性勘查工作投入,尽快查明地热资源分布特征、赋存条件,评价其可利用资源量,同时出台优惠鼓励政策,将会带动和刺激商业性资金参与地热资源勘查与开发,改变地热资源开发利用的滞后局面。

问:那么,兰州市在地热资源开发利用方面还存在哪些问题?

杨东:首先是开发利用程度较低。兰州市中心城区已有的6眼地热井仅有2眼得到开发了利用,且用途单一、资源浪费严重,属于典型的低层次开发。

其次,开发利用方式单一。目前城区地热资源开发只提供洗浴、浴疗服务,低层次利用上存在规模小、资源浪费严重的问题。尚未形成温泉井为依托的旅游服务产业,也未发展地热水养殖和建筑供暖的模式,导致地热水使用效率低、资源浪费,与节能减排和低碳经济发展要求还存在很大差距。

三是缺乏保护措施。地热弃水回灌是地热资源保护和实现可持续开发利用的重要手段之一。而兰州市中心城区地热水属承压水,水头高度一般在地面以上10米~30米,回灌难度大。目前利用的2眼地热井只抽不灌,其中运通大厦地热井已出现水位下降,温度降低等问题待查。

四是开发利用管理薄弱。目前兰州市对地热资源,特别是浅层地温能开发利用处于无部门管理状态,对单项工程勘查评价、热泵系统的设计、热泵系统设备的配备与安装都缺乏审查、监管,项目单位自行其是,不利于浅层地温能资源科学合理的开发利用。

近年来,兰州市政府在推广节能减排项目上出台的许多鼓励政策无疑对这一行业的发展起到了积极作用,但支持力度尚不足。

问:对于推动兰州市地热资源的勘查开发利用,请您谈谈下一步的工作设想。

滕制军:首先要加快地热资源勘查,包括基础性、区域性地热资源勘查和商业性地热资源勘查。

基础性、区域性地热资源勘查成果主要是服务政府决策部门的地热资源规划评价、论证工作。因此,基础性、区域性的地热勘查评价论证工作须由政府部门主导,其所需的费用将由政府负责投入。其成果主要用于兰州市地热资源开发利用规划的制定,引导促进商业性开发利用工作,以期降低地热资源的开发成本,促进地热资源的开发利用。下一步主要是开展兰州市城区的资源勘查和大型地热田的资源潜力评价,服务城市节能减排和改善大气环境,为行政资源部门对地热资源的管理提供决策依据,也为地热资源勘查开发利用打牢基础,降低投资风险。

目前规划开展的勘查项目包括:一是开展兰州市城区地热资源勘查,使“七里河断陷盆地”地热田及其今后发现新的地热田达到详查精度,地热田以外地区达到普查阶段精度要求,有望提交大型地热田一处,中、小型地热田若干处,为下一步兰州市中心城区水热型地热资源开发利用奠定资源基础,同时为政府制定地热资源开发规划提供依据。二是在收集研究兰州市已有地热井以及深孔地层岩性资料,特别是对井温资料研究的基础上,选择适宜地段,布置1眼~2眼干热岩勘探孔,初步掌握兰州市中心城区干热岩的分布与赋存情况,配合其它技术手段,圈定有利的优先勘探试验及开发地段。

其次,要加强关键技术研究。一是地热资源保护技术研究。兰州市中心城区地热水属承压水,随着开采量的增加、开采年限的增长,地热水位(头)必然会出现逐年下降的趋势,水位下降速率与开采量大小、开采时间的增加成正比关系,直接影响着热田的持续利用。实施地热回灌工作,对减缓热水位(头)的降速和热水位的稳定或回升有一定的作用。但承压水在目前的技术水平下回灌困难,因此还需要开发中逐渐探索适合兰州市城区地热资源保护的技术方法,对全省其它城市也有借鉴意义。二是地热资源阶梯利用研究。目前兰州城区地热资源开发利用方式单一,地热资源的利用率不高,特别是深层地热水还存在水质矿化度高,对管道腐蚀性、结垢性较强的不利因素。开发中需要建设热水交换站,将高矿化水经过热交换器加热常温淡水后,达到先供暖、后洗浴(或供给居民热水)、再养殖和种植的热水的阶梯利用模式。初期可在住宅小区、片区建成1处地热水开发利用基地,后期视具体情况增加换热站数量。三是探索地热资源综合开发利用模式。兰州市中心城区地热能资源分布广、类型多、深浅不一。单纯依靠单一地热源是难以实现全面开发利用效果的。要通过选取试验区,探索综合利用地热资源方式,同时研究调峰负荷供热比例。

第三,要完善制度建设。尽快出台适合兰州市地热资源勘查与开发利用的地方管理办法,从法律层面保障地热资源勘查与开发过程中的有效管控。明确地热资源由一部门为主导多部门通力协作的管理方式,以全面落实地热资源的勘查、设备安装、运行过程的市场准入监督管理,形成既有点的管理,也有面的监管,使地热资源开发利用在统一规划、严格管理、布局合理的前提下,实现以热养热、综合利用、滚动开发的模式。□

编辑:宫莉

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