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程万庆1林建旺1韩金树2王坤2刘洋1（1.天津地热勘查开发设计院；2.天津市国土资源和房屋管理局）摘要：天津经济建设速度的不断加快，能源需求日益增大，浅层地热能作为地热开发的新领域，其开发利用必将对缓解天津能源供求紧张形势起到积极的作用。通过现有研究资料分析，认为天津地区浅层地热能储量丰富，开发利用前景广阔。1 前言地热资源属于可再生能源，据史料记载，我国开发利用地热已有2000多年的历史，是世界上利用地热资源较早的国家之一。自从20世纪70年代，我国开始勘查与开发地热资源，其开发利用发展迅速，利用领域涉及发电、供暖、医疗、洗浴以及工农业生产等，取得了显著的经济、社会和环境效益。尤其是90年代以来，在市场经济需求和利用技术不断发展的推动下，地热资源开发利用得到了更加蓬勃发展，应用范围日益广泛。随着常规能源日益缺乏，地热能等可再生能源的开发利用得到了全世界的重视。2006年1月1日起施行的《中华人民共和国可再生能源法》，将可再生能源的开发利用列为能源的优先领域。浅层地热能属于地热资源的一部分，指蕴藏在浅层岩土体和地下水中的低温地热资源。在过去的30年里，限于利用技术水平，只注重深部高温位地热能的开发。由于打深井费用偏高，风险大，而地热需求越来越旺盛，随着开发利用新技术的不断出现，人们开始注意浅层低温位地热资源，发现这里也储存着巨大的能源。近几年，浅层地热能利用技术在欧美等发达国家已经很成熟，并得到了广泛应用。在我国则处于起步阶段，尚未对浅层地热能进行系统的勘查评价，开发利用技术有待提高。因此，国土资发［2005］288号文将浅层地热能调查和评价及开发利用方案的试点作为近期国土资源部将开采的地热重点工作之一。当前，能源供应不足，已经成为制约天津市经济、社会发展的突出矛盾。自20世纪70年代起开始地热勘查和开发利用，地热已经成为天津市重要的补充能源，在一定程度上缓解了能源供求紧张的形势。但随着大规模开发利用造成高品位地热资源的供给不足，急需寻找新的资源，因此，浅层地热能成为今后几年地热开发利用的重点。浅层地热能的勘查和开发在天津基本上还属于空白，而这一部分地热资源潜力巨大，因此，加大加快浅层地热能资源勘查、开发的力度必将对缓解天津能源供求紧张形势起到积极的作用。2 天津市平原区浅层地温场特征图1 天津地区浅层地温梯度等值线图天津市以平原为主，面积占全市总面积的93.7%左右。平原区沉积较厚的新生代松散地层，由于厚度大、比热容高、热传导系数低，而天津地区热流值相对较大，因此，赋存了大量的热量，为浅层地热能的开发利用奠定了基础条件。地壳的最上部称变温层，是接受太阳辐射能最多的处所，特点是温度随太阳能辐射的大小，有季节性、早晚和晴雨的变化。夏季、中午其顶部可高于30℃，向下温度逐渐降低；冬季凌晨顶部可低于0℃，向下温度逐渐增高。晴天的变化大于阴雨天。变温带之下为恒温层，指一定深度范围内地温常年保持相对恒定的带，天津地区恒温带深度为30m，温度为13.5℃。再下为地热增温带，即以一定的速率向下增温。这种速率又称地温梯度，以每100m增加多少度为单位。在天津地热勘查工作中将地温梯度大于3.5℃/100m称为地热异常。根据天津地热勘查工作中的测温资料可圈出10个地热异常区（见图1），地温梯度在4.5～8.8℃/100m，面积2328km2。其它地区地温梯度一般在2.0～3.5℃/100m。我国目前开发利用浅层地热能的深度在200m，按照一定深度的地温计算公式计算（见公式1）：天津平原区200m深度的温度，在地热异常区为21～28℃，在非地热异常区为17～19℃。随着技术经济条件的提高，利用深度不断增加，则可利用的地热能将会更多。浅层地热能：全国地热（浅层地热能）开发利用现场经验交流会论文集式中：T为计算深度的温度（℃）；D1为计算深度（m）；Gi为盖层平均地温梯度（℃/100m）；D2为恒温层埋深（m）；T0为恒温层温度（℃）。3 天津市浅层地下水资源天津市南部平原区广泛分布新生代的松散沉积物，第四系与新近系含水层可分为5层。第Ⅰ含水组相当于全新统和上更新统（Q4＋3），底界深度一般在70m以上。第Ⅱ含水组相当于中更新统（Q2），底界深度在180～220m。第Ⅲ含水组大致相当于下更新统上段（），底界深度290～310m，第Ⅳ含水组相当于下更新统下段，在隆起区尚包括部分新近系含水组（），底界深度370～430m。第Ⅴ含水组为新近系含水组（N2），底界埋深为520～560m。第Ⅰ含水组属于浅层地下水。第Ⅱ—Ⅴ含水组属深层地下水（表1）。根据天津市地下水资源新一轮评价结果，五层含水组地下水天然资源为18.13×108m3/a，据水文地质条件分析和水资源的多次论证，天津地区有多年稳定补给的地下水资源量，可持续利用的水资源（7～8）×108m3/a。根据以往地热勘查工作中对天津市平原区近百眼深度在200m左右的浅井的测温资料，水温在17～28℃，由于其温度变化不大，这五个含水层所占据部位的水和气，就成为巨大的能源库，随着低温利用技术的成熟，规模开发利用这部分能源的时机已经成熟。4 浅层地热能利用技术热泵是先进的热能利用与节能设备，能有效地利用空气、水体和土壤中蕴藏的低温热能，其具有环保、稳定、高效节能、节省占地空间、低维护、运行费用低和减少环境污染等优点。近年来在世界地热能直接利用中，应用热泵开发浅层地热能已独占鳌头，其装机容量和利用能量均以每年超过20%的速度增长，至2005年，全世界有33个国家已安装了130万台热泵，总装机容量15723MWt。目前浅层地温的利用技术在欧美等发达国家已经很成熟，并得到广泛的应用。我国浅层地热能的开发利用起步较晚，20世纪90年代开始研究和推广地源热泵系统浅层地热能的开发利用技术，2000年以来在全国得到普遍推广。2005年11月中华人民共和国建设部和国家质量监督检验检疫总局联合发布了《地源热泵系统工程技术规范》以指导热泵系统工程的建设。表1 天津市平原区第四系和部分新近系含水层组划分及各组水文地质特征表天津有相当丰富的浅层地热能资源，社会发展和人民生活水平不断提高，目前在天津已有多个工程在利用地源热泵系统解决供暖、制冷问题，如梅江居住区、开发区海滨大道、国家安全局资料档案馆、塘沽凯华商业广场等，为天津浅层地热能的开发利用提供了借鉴。因此天津利用热泵开发浅层地热能的技术和资源条件已基本具备，发展前景非常看好。并且在当前能源形势十分严峻的情况下，积极推广热泵技术，规模开发浅层地热能，具有重要的现实意义。参考文献［1］天津地热勘查开发设计院.天津市王兰庄地热田普查.1987［2］天津地热勘查开发设计院.天津热储工程研究.2005［3］陈墨香等.华北地热.科学出版社，1988［4］段永侯，王家兵，王亚斌，邢贵发.天津市地下水资源与可持续利用.水文地质工程地质，2004［5］郑克棪.浅层地热能开发利用的世界现状及在我国的发展前景.全国地热热泵技术培训班教材.2006

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