地热采暖三大问题的解决方法
地热资源可持续利用条件
1 地热资源的可再生性
近年我国地热采暖增长的速率和增长的绝对值在世界各国中是最快的,主要是经营利润推动的,如果管理控制不当,将对已开发地区资源可再生和环境造成近期难以恢复的恶果。在北京、天津、西安和大庆林甸地区都已出现地热供热能否实现可持续问题,有的甚至相当严重。天津地区10多年前开采基岩雾迷山地层热水井大多有自喷能力,目前静水位已降至地表面以下60米左右,并每年大致平均下降6米左右在继续。
西安和大庆林甸都发生了有的地热井地热水接近衰竭导致地下和地面工程几近报废的情况。人们怀疑地热是否属于可再生能源?专家们是有过争议的,2000年在日本召开的世界地热大会上,大多数专家认为地热能仍然可看成为可再生能源。地热的可再生是基于地球内部有巨大的热量,但在人类活动地区并可被利用的仅只是很小的一部分。世界各地许多天然温泉多少世纪以来没有衰减,说明了它的可再生性。这种状况显然是地表排放与地下深处热补充之间有平衡关系存在。只要利用的地热量不超过天然可补充的,就能完全看成是可再生的,它的再生补充能力是由地壳构造所控制,不同的地点和开采方式其差异性是非常大的。
从地热井的热储层开采流体和热量,导致热储层的流量和热量都会逐步减少,开采停止后受天然作用驱动,开始压力、温度梯度的再生过程,压力恢复最快,跟着是温度重新上升,恢复能力随着时间延长而减小,理论上要无限长时间才能全部恢复再生,再生显示是渐近线特性,再生力初始很强而后放慢。然而实际补充再生恢复到95%所需时间要短的多。地热资源不需像矿物燃料如煤、油、天燃气所需的地质年代才能生成,因此地热的再生从总体所需时间看可以被认为是可再生的。
可再生与可持续发展有关系但又是两个不同的概念,可再生是说明资源的一个性质,而可持续是说明资源利用方式。可持续发展必须有可再生作为基础,可持续开采仅只能在可再生能源中获得,没有再生能力是不可能持续发展的。
这可以用开发海洋渔业作比方,海洋的渔业资源是有再生能力的,但长期捕捞过量超过再生能力,渔业资源将被破坏而衰竭,没有了持续发展,要永续利用就不能超出再生能力,地热能的再生与它有相似之处。
按资源补充状态分类有对流型和导热型的,地热井热源如有来自地下较深处对流热水补充的,可再生能力强;而我国北方各大盆地是沉积盆地热水,仅靠导热补充热的能力差也可看成“有限制的可再生能源”。
2 低温地热供热的可持续发展
只要开采的地热量不超过天然补充的就是可持续的,它的再生补充能力是由地壳构造所控制,由于资源状态差异性大,再加利用方式有很大区别,所以要做到可持续开发是一个非常复杂的问题。
地热开采在地下热储层形成了水力和热力漏斗导致重新建立压力和温度梯度状态,热温差加大会引起相应热储层导热再生能力增强出现“增量”,而后达到一个新的稳定状态,经过一定时间后产生一个相对稳定的水温,产量进一步持续下去,只要科学适度的利用好这“增量” 就能是可持续的。当占有资料、技术能力和经验条件不太充分时,应当只能从小规模少量起步,拟订相应水位的开采限量指标,不能超采。
3 利用对井回灌技术增加地热开发强度。
完全依靠自然补给常常不能满足使用和经营的要求,要增加产量又要保持可持续性,可以和应当利用对井回灌技术合理地增加地热开发强度,国内外的实践经验表明利用对井回灌技术合理地增加地热开发强度是可行的。
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