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我国地热资源勘查开发利用及保护对策

更新时间：2022-01-11　点击量：690

摘要:本文在充分总结分析国内外地热资源勘查、开发利用现状的基础上,对我国地热资源勘查、开发和管理中存在的问题进行了研究,并结合工作实际,提出了做好勘查开发规划、加强地热地质勘查、提高地热开发利用水平、加强监督管理和促进矿业权市场建设等保护对策。

关键词:地热/资源勘查与利用保护对策。

地热是一种应用广泛、易于开发、费用低廉、无环境污染的新型能源矿产,可应用于供暖、洗浴、游泳、理疗、医疗、养殖、种植等多个领域。2006年开始实施的5可再生能源法6,将其确定为和风能、太阳能等并列的可再生能源之一。我国地热资源丰富,储量居二位,在地热勘查与开发方面也取得显著的成绩,尤其是近10年来,随着人们生态环境保护观念和健康生活意识的不断提高,人们越来越认识到了地热开发的潜在价值,我国地热能源开发利用以每年10%的速度在增长。目前,全国已施工地热井近2500眼,深度从数百m到4000m,每年开发地热水总量估计在5亿m3左右,地热能的利用相当于500万t标准煤的发热量[3]。但是,由于勘查程度偏低、缺乏统一规划和管理不到位,也出现了一些的问题,影响了地热产业的可持续发展。

1 我国地热资源概况。

111 地热资源成矿条件优越。

从构造上看,我国大陆属欧亚板块的一部分,它的东侧为岛弧型洋-陆汇聚边缘,西南侧为陆-陆碰撞造山带,是由许多不同时期的古板块(如华北、华南、塔里木、哈萨克斯坦、西伯利亚等)经碰撞、增生和拼接而成的。中国大陆构造演化经历了古生代陆洋分化对立阶段、石碳二叠纪软碰撞转化阶段和中新生代盆山对峙发展阶段,多旋回构造运动与多期盆地叠加塑造出不同的地热田。据不*统计,全国现有地热田约275处,主要分布在华北盆地、关中盆地、汾渭盆地、昆明盆地、东南沿海等地区。

112 地热资源储量丰富、分布广泛。

我国地热资源主要分布于构造活动带和大型沉积盆地中,主要类型为沉积盆地型和隆起山地型。

沉积盆地传导型中低温地热资源,主要分布于华北平原、汾渭盆地、松辽平原、淮河盆地、苏北盆地、江汉盆地、四川盆地、银川平原、河套平原、准噶尔盆地等地区,其主要热储层为厚度数百m至数千m第三系砂岩、砂砾岩,温度在40~80e左右;隆起山地对流型地热主要有分布于藏南-川西-滇西和中国台湾地区的高温地热资源,以及分布于东南沿海地区和胶东、辽东半岛的中低温地热资源。据初步估算,全国仅2000m以浅的主要沉积盆地储存的地热能量就达73161@1020J,相当标准煤2500亿t,地热水可开采资源量为每年68亿m3,所含热能量为963@1015J,折合每年3284万t标准煤的发热量。

113 地热资源开发利用取得显著成绩。

我国地热资源开发利用历史悠久。20世纪70年代初期,以北京、天津地区开展隐伏地热田资源的普查勘探为先导,相继在天津市近郊、北京城东南地区1000m左右深度内打出了温度在40~90e的地热水,随即在城市地区开始了地热供暖、医疗洗浴、水产养殖、工业洗涤等方面的应用,带动了全国地热资源的勘查工作。20世纪90年代以来,地热资源开发利用进入快速发展阶段,引进了一些*地热科技理论和勘探技术,开展了对地区经济发展有影响的地热田勘查评价和区域地热资源评价,对我国地热资源的分布、形成与开发利用条件等有了一些规律性认识,地热开发最大深度超过4000m。到目前为止,全国现有温泉数为2500多处,已开发利用的约700余处,地热水开采量约315亿m3/a,主要用于发电、采暖、洗浴、医疗、旅游、养殖和种植等产业,其中,非电的地热直接利用装置总量已达2300MW。如山东省德州市初步完成了全市的地热资源勘查,制订了详细的地热资源开发利用规划,目前开发利用地热井已达50余眼,不仅节约能源,减少污染,美化环境,改善城市形象,还带动房地产、旅游业、理疗业和其它第三产业等绿色产业的发展,取得显著的经济、环境和社会效益。

2 世界地热资源勘查开发利用情况。

世界各国非常重视地热资源的勘查开发利用,美国、日本、冰岛、新西兰均完成全国范围内大比例尺的基础地质调查工作,对地热资源进行了评价,编制了地热资源系列图件,地热资源商业性勘查更是取得了显著成绩。2007年度,美国专门在地质调查预算中,增加了50万美元用于地热评价,以查明地热资源的发电能力。日本等国家还利用政府资金,在其他国家开展了地热勘查开发试点工作。

据统计, 1975~1995年,全球范围内地热发电每年大约以9%速率增长,地热直接利用的增长率约为6%。1995~2000年,地热发电的发展速度开始减缓,但地热直接利用每年累进增长达916%。2000~2005年,地热直接利用每年累进增长更是达到了1219%。到2005年,已有24个国家利用地热发电,地热发电总装机容量8900MW,所生产的电力达56800GWh。有72个国家直接利用地热,设备容量为27828MW。如冰岛全国87%供暖全部靠地热,每年可节约资金113亿美元[6],加上环境保护、带动旅游等第三产业发展,效益就更加可观。

近年来,由于地源热泵技术的采用,使热源的可利用温度低至12e,已成为地热开发利用的新增长点。目前,热泵利用已占地热直接利用的33%。如美国在1997年底,已有30万台地热热泵在运转,每年可提供8000~11000GWh功率于供暖或空调。

3 地热资源勘查开发利用中存在的问题。

311 地热勘查研究程度较低,不能满足市场开发需求。

我国地热资源勘查研究程度较低,尤其是服务于各级政府的地热资源规划的评价、论证和区域性地热田资源勘查评价等基础地热地质调查程度低,地热资源地质情况和资源量不清,导致后备资源不足,地热市场供需矛盾日益突出;地热勘查评价滞后于开发利用,导致重开发轻勘查、不合理开发、破坏浪费资源现象频发,影响了地热资源勘查开发规划的制定、资源的开发利用以及地热产业发展;勘查区域布局不均衡,全国大部分地区尚未开展地热资源勘查,特别是我国西部地区的中低温地热资源,基本未开展正规的地热勘查。

312 地热资源开发利用水平低,存在浪费资源、破坏环境等问题。

地热资源开发利用规模化、产业化水平不高,企业生产布局、产品结构和利用方式不合理,重开发轻管理现象普遍存在,影响了地热开发整体经济效益的提高。部分地热企业生产工艺流程落后,技术力量薄弱,经营粗放,竞争无序,盲目追求高额利润,不按规定开采地热资源,不采取综合利用措施,资源利用率低,浪费了有限的资源,如采取直供、直排供暖方式的地热井,其热能利用率仅为20%~30%,严重浪费了地热资源。部分地区地热井过于集中,*度开采地热资源,造成地热水位持续下降,影响地热田稳定开采和长期利用,而且易引发地面沉降、地下水热污染和化学污染等许多2第6期尤孝才等:我国地热资源勘查开发利用及保护对策环境问题。如天津塘沽、大港因地热开采造成的地面沉降约为6~10mm/a。

313 地热资源管理存在薄弱环节,监督管理力度不够。

地热管理法规、政策和标准体系尚不完善,对地热资源的破坏浪费,缺乏强有力的法律约束。地热资源管理体制不顺、职责不清,如按5矿产资源法6和国际惯例,地热资源应由地矿行政主管部门统一管理,但是有些单位以部门规章或者三定方案取代法律,把地热资源混同于普通水资源进行管理,重复发证,追逐利益,造成地热资源管理的混乱,影响了地热资源的有序勘查开发。还有相当一部分地区的地热管理工作,偏重于发证和收费,而对地热资源的科学开采和合理利用监管不力。

4 地热勘查开发保护对策建议。

411 编制全国地热资源勘查开发利用规划。

要在充分论证基础上,结合5全国地质工作规划6和5全国地质调查/十一五0规划6,编制5全国地热资源勘查开发利用规划6。要坚持勘查与开发统一规划,开发与保护并重,对地热田勘查开发层位、布井原则、布井总量、可采资源量、开采模数、开发利用方向和资源保护等方面进行规划,并将其纳入国家/十一五0能源规划,以指导我国地热资源的勘查开发利用工作。

412 进一步提高地热勘查程度。

加强地热资源基础地质调查工作,在做好东部地区地热田总体勘查评价的基础上,重点加强西部地热资源的调查评价工作。要与区域地质调查和环境地质调查相结合,做好综合调查评价,逐步提高地热地质调查水平,摸清家底,降低勘查风险,引导拉动商业性地热地质勘查工作。地热资源勘查工作,要在做好管理的基础上,充分引入市场机制,鼓励企业参与勘查开发,加强地热成矿地质条件、地热钻探、地热资源量计算、地热资源综合评价、地热综合管理和地热开发利用等方面的研究及管理,并做好地热地质资料的汇交管理工作。

413 进一步提高地热资源开发利用水平。

通过地热开发利用示范,加强地热水回灌、热泵应用、地热开发自动控制技术、地热集中供暖、地热梯级利用、利用油田井开发地热、利用地热发展高效农业等地热开发利用技术研究,提高地热能的利用率,提高地热资源开发的科学性、合理性。

414 强化地热资源勘查开发利用的监督管理。

利用5矿产资源法6修改的有利时机,针对地热资源特点,制订5地热资源管理办法6,进一步规范地热资源监督管理,健全地热资源管理体制。

逐步建立地热调查、勘查、地热井设计审查、施工管理、钻探监理、开采监测、水量控制和回灌管理等一系列标准规范和监督管理工作制度。要编制我国地热资源系列图件,建立全国地热资源数据库系统。做好地热资源开发利用过程中地热地质动态监测工作,及时掌握地热田相关指标的变化情况,及时调整开发利用方案,保护好地热资源。加大执法监督检查力度,严格开采层位、开采资源量的管理。严厉查处各类违法勘查开采地热和破坏浪费地热资源的违法行为,提高资源利用水平。加大对5矿产资源法6及其配套法规的宣传力度,强化地热资源有偿使用、生态地质环境保护、依法办矿和有效保护合理利用地热资源的观念。

415 规范完善探矿权和采矿权市场,推进资源有偿开采。

严格执行地热探矿权和采矿权的招标、挂牌出让和申请批准制度,充分发挥市场配制资源的作用,逐步建立起矿业权人保护和节约地热资源的自我约束机制。优化地热产业的产品结构和企业布局,提高企业的经济和环境效益。

全自动野外地温监测系统/冻土地温自动监测系统

地源热泵分布式温度集中测控系统

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地热井高精度传感器分层测温方案、地热井温梯度测井系统、井温梯度测井系统

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岩土冻土地温深井电脑自动测温系统、水源地源热泵空调换热井测温系统

TD-016C型地源热泵能耗监控测温系统

产品关键词：地源热泵测温，地埋管测温，浅层地温在线监测系统，分布式地温监测系统

此款系统专门为地源热泵生产企业，新能源技术安装公司，地热井钻探公司以及节能环保产业等单位设计，通过连接我司单总线地热电缆，以及单通道或多通道485接口采集器，可对接到贵司单位的软件系统。欢迎各类单位以及经销商详询！此款设备支持贴牌，具体价格按量定制。

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统【产品介绍】

地源热泵空调系统利用土壤作为埋地管换热器的热源或热汇,对建筑物进行供热和供冷.在埋地管换热器设计中,土壤的导热系数是很重要的参数.而对地温进行长期可靠的监测显得特别重要。在现场实测土壤导热系数时测试时间要足够长,测试时工况稳定后的流体进出口及不同深度的温度会影响测试结果的准确性。因此地埋测温电缆的设计显得尤其重点。较传统的测温电缆设计方法，单总线测温电缆因为接线方便、精度高且不受环境影响、性价比高等优点，目前已广泛应用于地埋管及地源热泵系统进行地温监测，因可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

采集服务器通过总线将现场与温度采集模块相连，温度采集模块通过单总线将各温度传感器采集到的数据发到总线上。每个采集模块可以连接内置1-60个温度传感器的测温电缆相连。本方案可以对大型试验场进行温度实时监测，支持180口井或测温电缆及1500点以上的观测井温度在线监测。

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统：

1. 地埋管回填材料与地源热泵地下温度场的测试分析

2. U型垂直埋管换热器管群间热干扰的研究

3. U型管地源热泵系统性能及地下温度场的研究

4. 地源热泵地埋管的传热性能实验研究

5. 地源热泵地埋管换热器传热研究

6. 埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究，埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究。

竖直地埋管地源热泵温度测量系统，主要是一套*基于现场总线和数字传感器技术的在线监测及分析系统。它能有对地源热泵换热井进行实时温度监测并保存数据，为优化地源热泵设计、探讨地源热泵的可持续运行具有参考价值。

二、RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统本系统的重要特点：

１．结构简单，一根总线可以挂接1-60根传感器，总线采用三线制，所有的传感器就灯泡一样，可以直接挂在总线上．

２．总线距离长．采用强驱动模块，普通线，可以轻松测量500米深井.

３．的深井土壤检测传感器，防护等级达到ＩＰ６８，可耐压力高达5Mpa.

４．定制的防水抗拉电缆，增强了系统的稳定性和可靠特点总结：高性价格比，根据不同的需求，比你想象的*．

针对U型管口径小的问题，本系统是传统铂电阻测温系统理想的替代品. 可应用于：

１.地埋管回填材料与地源热泵地下温度场的测试分析

2.U型垂直埋管换热器管群间热干扰的研究

3. U型管地源热泵系统性能及地下温度场的研究

4. 地源热泵地埋管的传热性能实验研究

5. 地源热泵地埋管换热器传热研究

6. 埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究。

本系统技术参数：支持传感器：18B20高精度深井水温数字传感器，测井深：1000米，传感器耐压能力：5Mpa ,配置设备：远距离温度采集模块＋测井电缆＋传感器，

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统系统功能：

1、温度在线监测

2、报警功能

3、数据存储

4、定时保存设置

5、历史数据报表打印

6、历史曲线查询等功能。

【技术参数】

1、温度测量范围：-10℃ ～ +100℃

2、温度精度：正负0.5℃ (-10℃ ～ +80℃)

3、分辨率： 0.1℃

4、采样点数：小于128

5、巡检周期：小于3s（可设置）

6、传输技术： RS485、RF(射频技术)、GPRS

7、测点线长：小于350米

8、供电方式： AC220V /内置锂电池可供电1-3年

9、工作温度： -30℃ ～ +80℃

10、工作湿度：小于90%RH

11、电缆防护等级：IP66

使用注意事项：

防水感温电缆经测试与检测，具备一定的防水和耐水压能力，使用时，请按以下方法操作与使用：
1．使用时，建议将感温电缆置于U形管内以方便后期维护。
若置与U形管外，请小心操作，做好电缆防护，防止在安装过程中电缆被划伤，以保持电缆的耐水压能力和使用寿命。
2. 电缆中不锈钢体为传感器所在位置，因温度为缓慢变化量，正常使用时，请等待测物热平衡后再进行测量。
3. 电缆采用三线制总线方式，红色为电源正，建议电源为3-5V DC，黑色为电源负，兰色为信号线。请严格按照此说明接线操作。
4. 系统理论上支持180个节点，实际使用应该限制在150个节点以内。
5.系统具备一定的纠错能力，但总线不能短路。
6. 系统供电，当总线距离在200米以内，则可以采用DC9V给现场模块供电，当距离在500米之内，可以采用DC12V给系统供电。

【北京鸿鸥成运仪器设备有限公司提供定制各个领域用的测温线缆产品介绍】

由北京鸿鸥成运仪器设备有限公司推出的地源热泵温度场测控系统，硬件采取*ARM技术；上位机软件使用编程语言技术设计，富有人性、直观明了；测温传感器直接封装在电缆内部，根据客户距离进行封装。目前该系统广泛应用于地源热泵地埋管、地源热泵温度场检测、地源热泵地埋换热井、地源热泵竖井及地源热泵温度场系统进行地温监测，本系统的可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

地源热泵诊断中土壤温度的监测方法：

为了实现地源热泵系统的诊断，必须首先制定保证系统正常运行的合理的标准。在系统的设计阶段，地下土壤温度的初始值是一个重要的依据参数，它也是在系统运行过程中可能产生变化的参数。如果在一个或几个空调采暖周期（一般一个空调采暖周期为1年）后，系统的取热和放热严重不平衡，则这个初始温度会有较大的变化，将会大大降低系统的运行效率。所以设计选用土壤温度变化曲线作为诊断系统是否正常的标准。
　　首先对地源热泵系统所控制的建筑物进行全年动态能耗分析，即输入建筑物的条件，包括建筑的地理位置、朝向、外形尺寸、围护结构材料和房间功能等条件，计算出该区域全年供暖、制冷的负荷，我们根据该负荷，选择合适的系统配置，即地埋管数量以及必要的辅助冷热源，并动态模拟计算地源热泵植筋加固系统运行过程中土壤温度的变化情况，得到初始土壤温度标准曲线。采用满足土壤温度基本平衡要求的运行方案运行，同时系统实时监测土壤温度变化情况，即依靠埋置在地下的测温传感器监测土壤的温度，并且将测得的温度传递给地源热泵系统。

浅层地温能监测系统概况：

地源热泵空调系统利用土壤作为埋地管换热器的热源或热汇，对建筑物进行供热和供冷，在埋地管换热器设计中，土壤的导热系数是很重要的参数，而对地温进行长期可靠的监测显得特别重要。在现场实测土壤导热系数时测试时间要足够长，测试时工况稳定后的流体进出口及不同深度的温度会影响测试结果的准确性。因此地源热泵地埋测温电缆的设计显得尤其重点。较传统的地源热泵测温电缆设计方法，北京鸿鸥成运仪器设备有限公司研发的数字总线式测温电缆因为接线方便、精度高且不受环境影响、性价比高等优点，目前已广泛应用于地埋管及地源热泵系统进行地温监测，因可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

为方便研究土壤、水质等环境对空调换热井能效等方面的可靠研究或温度测量，目前地源热泵地埋管测温电缆对于地埋换热井，有口径小，深度较深等特点的测温方式,如果测量地下120米的地源热泵井，要放12路线PT100传感器。12根测温线缆若平均放置，即10米放一个探头，则所需线材要1500米，在井上需配置一个至少12通道的巡检仪，若需接入电脑进行温度实时记录，该巡检仪要有RS232或RS485功能,根据以上成本估计，这口井进行地热测温至少成本在8000元，虽然选择高精度的PT100可提高系统的测温精度，但对模拟量数据采集，提供精度的有效办法是提供仪器的AD转换器的位数，即提供巡检仪的测量精度，若能够在长距离测温的条件下进行多点测温，能够做到0.5度的精度，则是非常不容易。针对这一需求，北京鸿鸥成运仪器设备有限公司推出“数字总线式地源热泵地埋管测温电缆"及相应系统。矿井深部地温监测，地源热泵温度监测研究，地源热泵温度测量系统，浅层地热测温系统。

地源热泵数字总线测温线缆与传统测温电缆对比分析：
传统的温度检测以热敏电阻、PT100或PT1000作为温度敏感元件，因其是模拟量，要对温度进行采集，若需较高精度，需要选择12位或以上的AD转换及信号处理电路，近距离时，其精度及可靠性受环境影响不大，但当大于30米距离传输时，宜采用三线制测方式，并需定期对温度进行校正。当进行多点采集时，需每个测温点放置一根电缆，因电阻作为模拟量及相互之间的干扰，其温度测量的准确度、系统的精度差，会受环境及时间的影响较大。模块量传感器在工作过程中都是以模拟信号的形式存在，而检测的环境往往存在电场、磁场等不确定因素，这些因素会对电信号产生较大的干扰，从而影响传感器实际的测量精度和系统的稳定性，每年需要进行校准，因而它们的使用有很大的局限性。

北京鸿鸥成运仪器设备有限公司研发的总线式数字温度传感器，具有防水、防腐蚀、抗拉、耐磨的特性，总线式数字温度传感器采用测温芯片作为感应元件，感应元件位于传感器头部，传感器的精度和稳定性决定于美国进口测温芯片的特性及精度级别，无需校正，因数据传输采用总线方式，总线电缆或传感器外径可做得很小，直径不大于12mm,且线路长短不会对传感器精度造成任何影响。这是传统热电阻测温系统*的优势。所以数字总线式测温电缆是地源热泵地埋管管测温、地温能深井和地层温度监测理想的设备。数字总线式数据传感器本身自带12位高精度数据转换器和现场总线管理器，直接将温度数据转换成适合远距离传输的数字信号，而每个传感器本身都有唯的识别ID，所以很多传感器可以直接挂接在总线上，从而实现一根电缆检测很多温度点的功能。

地源热泵大数据监控平台建设

一、系统介绍

1、建设自动监测监测平台，可监测大楼内室内温度；热泵机组空调侧和地源侧温度、

压力、流量；系统空调侧和地源侧温度、压力、流量；热泵机组和水泵的电压、电流、功率、

电量等参数；地温场的变化等，实现热泵机组运行情况 24 小时实时监测，异常情况预

警，做到真正的无人值守。可对热泵系统的长期运行稳定性、系统对地温场的影响以及能效

比等进行综合的科学评价，为进一步示范推广与系统优化的工作提供数据指导依据。

具体测量要求如下：

1）各热泵机组实时运行情况；

2）室内温度监测数据及变化曲线；

3）室外环境温度数据及变化曲线；

4）机房内空调侧出回水温度、压力、流量等监测数据及变化曲线；

5）机房内地埋管侧出回水温度、压力、流量等监测数据及变化曲线；

6）机房内用电设备的电流、电压、功率、电能等监测数据及变化曲线；

7）地温场内不同深度的地温监测数据及变化曲线；

8）能耗综合分析、系统 COP 分析以及系统节能量的评价分析。

2、自动监测平台建成以后可以对已经安装自动监测设备的地热井实施自动监测的数据分

析展示，可实现地热井和回灌井的水位、水温、流量实施传输分析，并可实现数据异常情况预

警，做到实时监管，有地热井运行的稳定性。

1）开采水量及回水水量的流量监测及变化曲线；

2）开采水温及回水水温的温度监测及变化曲线；

3）开采井井内水位监测及变化曲线；

我国地热资源勘查开发利用及保护对策

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