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中国较广泛地开发利用地热资源始于60年代末,70年代初期。改革开放以来,地热资源的开发利用在深度和广度上都有了很大发展,目前对地热资源的开发利用深度不少已达到2 500m左右,个别的已大于3 600m,开发利用地热水的最高温度已达250℃(西藏羊八井ZK2001井),广泛用于发电、供暖、工业利用、医疗、洗浴、水产养殖、农业温室、矿泉水生产、农业灌溉等(图2.5.22)。针对中国以中、低温地热资源为主的特点,目前以城镇居民住宅供暖和开办地热温泉度假村为目标的地热资源开发已形成势头,一些地区已相应地形成了开发地热资源的产业,取得了显著的社会经济效益。如天津市环境保护局地热站,开发深度为3 323.09m的地热水(水温84℃、出水量150m3/h)用于供暖,解决了近10万m2的居民住宅供暖问题;昆明市一单位利用一热水井开办集温泉浴、桑拿浴、垂钩、餐饮、住宿、娱乐于一体的“绿世界温泉度假中心”,不仅安置了100多人的就业问题,而且每年还可以为国家创利税近千万元;湖北英山县政府自80年代以来,对地热资源的开发利用已扩大到农业、工业、医疗、洗浴、旅游等八大领域109个项目,产值已达4 500万元,地热资源的开发已成为当地经济中独具特色的新型产业。
依据原地质矿产部矿产资源储量管理局1996年对全国地热田勘查(含调查)的统计,在全国738处地热田中,目前利用或部分利用的有434处,约占60%;未利用或利用情况不明的有304处,约占40%。在已利用的地热田中,开发利用地热水资源总量为936 659 m3/d, 利用热能1 791.13MW,相当于每年192.74万t标准煤的发热量。主要地热田开发利用情况如表2.5.31。
图2.5.22中国主要地热田开发利用现状分布图
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表2.5.31主要地热田开发利用情况
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中国开发利用地热情况如下:
(一)地热发电
中国开发利用地热用于发电始于70年代初期,先后在河北后郝窑、广东邓屋、湖南灰汤、江西遂川、广西象州、山东招远、辽宁熊岳等地建地热试验电站。迄今各地热试验电站,因可利用的地热水温度偏低,除湖南灰汤、广东邓屋两个地热试验电站有时发电外,其余已停用。80年代初在西藏羊八井、那曲地热田建工业性的地热电站,总装机容量30.4MW。目前,西藏羊八井地热电站,装机容量25.18MW,实际发电稳定在15.0MW左右,开发利用地热水温度130~170℃,开采地热水总量为10.95万m3/d, 主要为拉萨市提供电力资源。那曲地热电站,装机容量 3.0 MW,开发利用地热水温度114.5℃,地热水开发利用总量约2.5万m3/d, 主要为那曲提供电力资源。
(二)地热供暖
中国开发利用地热资源直接用于居民住宅供暖始于70年代初,最先在天津、北京等城市地区进行,后陆续发展到其他城镇,现已有21处,包括:北京东南城区及小汤山,天津市区及塘沽、大港,河北牛驼镇、深州,辽宁鞍山、熊岳、盖县、丹东、凤城、汤河、东沟,江苏东海,河南陕县、郑州、漯河、新乡,陕西西安,青海贵德等地,累计供暖面积近400 万m2。其中以天津市发展最快,供暖面积最大,已达300万m2,地热资源的开发,加快了天津房地产业的周转速度,开发一眼地热水井,形成地热供暖的居民住宅小区的趋势正在形成。其次是北京市地区(包括东南城区及小汤山地热田),地热供暖面积已达32.7万m2。近年来在陕西西安,河南郑州、新乡,河北雄县、深州、衡水等地开发地热用于供暖也有了较快的发展,如雄县地热田地热供暖面积已达15万m2。
地热采暖的运行方式有以下几种:
1.单井独户供暖
指一个地热井向一个单位供暖,供暖系统自成体系。此方式采暖的安全系数较低,地热井一旦发生故障,即会中止供暖。
2.单井多户供暖
指两个或两个以上单位共用一个地热井供暖。此方式供暖,地热资源运用较充分,但易产生用水分配上的纠纷。
3.多井联合供暖
指两个或两个以上地热井建立统一供暖管网系统,统一对多个用户实行供暖。此方式可保持供暖系统水量、水温、压力的稳定,供暖安全系数高,城市地区的地热供暖,逐步在向这个方向发展。
4.对井供暖
指同一个采暖系统有两个地热井,其中一个井供地热水,另一个作为回收供暖弃水的回灌井,目的在于保护地热水资源,防止地热弃水对环境的污染。此方式供暖有利于资源的保护,但投资较高,目前只在有条件的地区进行。
利用地热水供暖,以其清洁、运行成本低、有的采暖弃水还可以作为水资源进行综合利用等优点,在常规能源比较短缺有条件开发地热资源的地区,受到了普遍的重视,并收到了明显的经济社会效益,但也存在一些问题,主要是:
1) 采暖系统一次性投资高。近期建一口2 000~2 500m深的地热井用于供暖,建井及其相应的供暖配套设备投资约需250~300万元 ,高出一般锅炉供暖一次投资的数倍。
2) 低温地热水供暖系统,由于无调峰装置,供暖高峰期,采暖室温偏低。
3) 一些地热水具有腐蚀性,用于供暖必需采取防腐措施,否则会对采暖设施造成腐蚀,缩短了设备的使用寿命,增加运行成本。
4) 采暖弃水排放温度高,目前一般在40℃左右,地热的利用率低,50 ℃左右的地热水用于供暖,其热利用率仅40%。
5) 单井采暖,没有后备热源,发生故障易中止供暖。
(三)医疗保健
中国开发利用地热资源用于医疗保健历史悠久,早期以利用地热天然露头——温泉为主,进入本世纪中期以来,两度发展较快:一是新中国成立后的50年代,国家为推进医疗卫生保健事业的发展,相继在一些有温泉的地区建立了一批疗养院;二是改革开放以来,尤其是进入90年代后,随着社会主义市场经济的发展和人民生活水平的提高,开发利用地热资源有了新的社会需求,相继在一些地区建立了一批集医疗、洗浴、保健、娱乐、旅游度假于一体的“温泉度假村”或“医疗康复中心”,如北京城南中国医疗康复中心,昆明绿世界温泉度假中心,海南琼海官塘、三亚南田、万宁兴隆、儋州兰洋等地热田温泉度假村,天津塘沽温泉康乐中心,山西顿村温泉度假村等,都是在这一时期陆续建立或完善起来的。据统计,用于医疗保健的地热田在全国已有126处,遍及全国20多个省(自治区、直辖市)。
据北京小汤山温泉疗养院的统计资料,利用热矿水配合理疗、针炙、按摩、药物等手段对人体的一些疾病进行治疗,可收到明显的疗效。该院在1981~1988年间,利用温度48℃、矿化度0.92mg/L、F含量6.5mg/L的HCO3·SO4-Na·Ca型“氟”医疗矿水配合其他手段对20 596例病人(涉及290多个病种)进行治疗 ,总有效率达89.6%(表2.5.32)。
中国各地利用不同类型的医疗热矿水,用于医疗均收到一定疗效,一些代表性的医疗热矿水水质如表 2.5.33。
表2.5.32 1981~1988年北京小汤山温泉理疗、体疗、药物疗效果统计表
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表 2.5.33中国部分医疗热矿水水质特征表
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(四)洗浴
中国开发地热资源用于洗浴遍及全国各省(自治区、直辖市),在已开发利用的433处地热田中,有266处地热田的地热资源全部或部分用于洗浴,占已开发地热田总数的61%。如北京8处地热田中已开发利用的92眼地热井,用于洗浴的地热井就有64眼,占利用地热井总数的70%,日洗浴量近5万人次,年用水量约300万m3(人次平均用水量约0.2m3),洗浴用水量占全市地热水总开采水量的40%。以北京开发利用地热水用于洗浴的水量占全市地热水总用水量的比例推算,全国开发地热水用于洗浴的水量估计每年约1.38亿m3,利用地热能716.45MW,即每年相当于节约或减少了77.1万t标准煤用量,为6.88亿人次提供了地热水洗浴。
地热水用于洗浴的方式,一是建立营业性浴池,二是单位内部建立福利性浴池,前者耗水量大,后者耗水量较小。据北京市的统计,营业性浴池人均耗水量0.4m3/(人·次);单位内部的福利性浴池人均耗水量0.15m3/(人·次),见表2.5.34。
表2.5.34北京地区地热水洗浴人均耗水量统计
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(五)水产养殖
中国利用地热水进行水产养殖始于70年代,北京、天津、福建等地起步较早,现已遍及20多个省(自治区、直辖市)的47个地热田,养殖场地200多处,鱼池面积近200hm2,主要养殖罗非鱼、鲤鱼、草鱼、鳗鱼、甲鱼、青虾、牛蛙等。水产养殖耗水量约占地热水总用水量的15%左右。如北京昌平小汤山地热田,由县畜牧水产局在该地建有两处水产养殖场,养殖水面13.8hm2,年产鱼20万kg,启用8个地热井,年耗水120万m3,亩平均年耗地热水5 800 m3,产鱼每公斤耗地热水6.0 m3。估计全国用于水产养殖所消耗的地热水约1 400万m3左右。 中国利用地热水建立水产养殖场的主要地热田如表2.5.35。
表2.5.35中国利用地热水建立水产养殖场的主要地热田
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(六)矿泉水生产
中国开发地热水生产饮用天然矿泉水始于80年代后期,有两种作法,一是利用地热水中某些微量元素(组分)达到饮用天然矿泉水标准,但存在一定有害元素成分(主要是氟),经过处理后生产饮用矿泉水。这是早期的作法,比较有名的北京“可赛”牌矿泉水,就是利用储存于2 070.8m深,含氟、偏硅酸、锶的地热水,经“羟基铝沉淀除氟法”除氟处理达到饮用天然矿泉水标准后,生产的“偏硅酸、锶型”饮用矿泉水。二是直接利用地热水生产饮用天然矿泉水。这类地热水的有害成分不超过规定标准,而某些微量元素含量达到饮用天然矿泉水标准的低温地热水,90年代初开始用于生产饮用天然矿泉水。据统计全国利用地热水生产或准备生产饮用天然矿泉水的有近40处,主要是北京、安徽、广东、广西、重庆、贵州、云南、陕西、青海等省(自治区、直辖市),以利用矿化度0.6g/L以下、温度50℃以下的地热水为主。生产饮用天然矿泉水的代表性地热水水质特征如表2.5.36。
(七)农业利用
用于农业的地热水,主要为低矿化、低温(40℃以下)地热水,绝大部分直接用于灌溉,也有部分利用温度较高的地热水建立地热温室,用于种植蔬菜、花卉和育苗。在全国利用地热水进行农田灌溉的地热田有117处,利用地热水建立地热温室有77处,温室面积41.1ha。目前中国利用地热水建立温室、种植蔬菜、花卉和育苗的地热田如表2.5.37。
表2.5.36生产饮用天然矿泉水的代表性地热水水质特征
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表2.5.37建立地热温室种植蔬菜、花卉和育苗的主要地热田
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二、 典型地热田开发概况
中国不少地热田已开发多年,它们共同的特点是:对热田的地热资源进行统一规划、统一管理、综合利用、合理利用,向提高开发利用技术水平、提高地热资源利用的社会经济效益方向积极进行探索。现选择几处代表性地热田简要介绍如下:
(一) 北京东南城区地热田
北京东南城区地热田1971年经勘探发现并开始开发利用,至1991年已成井65眼,其中开发利用56眼,对地热水的开采量逐年增加,到1985年,年开采量已增至近440万m3, 现每年保持在400万m3左右,取水温度40~69℃,开采深度1 000~2 600m, 主要用于采暖、洗浴、医疗及生产矿泉水等。
北京地热资源开发大体可分为三个阶段:1970~1983年,为地热田勘查开发阶段。此期主要是进行地热田地质勘查,结合勘探进行开采,开展地热利用方面的试验研究,对地热田的资源进行评价。在地热田勘查的同时,一批地热井相继建成并投入使用,对地热水的开采量逐年增加,与开发地热水有关的一系列问题如地热水水位逐年下降、地热水供暖中产生的结垢与腐蚀、开采工艺技术、资源管理等问题也随之日益突出和暴露,阻碍着资源的合理开发利用 ,引起了政府的重视,开始酝酿建立地热资源开发利用的管理机构和管理法规的制定工作。
1983~1986年,为组建管理机构和建立法规阶段。此期组建了北京市地热管理处,颁布了《北京市人民政府关于加强地下热水资源管理的暂行规定》,开始将地热资源的勘查与开发纳入统一管理的范畴,扼制了盲目开采的势头,逐步向合理利用资源的方向发展。
1987年以后,为全面实施地热资源开发管理的阶段。此期开始实施计划用水、节约用水,推进地热水资源开发利用向高层次、高效益的方向发展,在加强早期开采地区管理的同时,采用采探结合的方法,逐步向已采区外围及深部进行地热资源的勘查与开采,以满足北京地区经济发展对地热资源日益增长的需要。目前的开采范围已扩大到200余km2, 开采深度已达2 000m以上。
地热资源的开发主要用于供暖、洗浴、医疗、生产饮用矿泉水等方面。
1.地热供暖
现有地热供暖单位17个,利用地热井14个,供暖面积18.4万m2,集中分布在永定门至团结湖一线,各供暖单位利用地热水温度、用水量、供暖面积如表2.5.38。
北京采暖期为当年11月至次年3月约150d。当北京冬季平均气温为-9.0℃时,利用地热采暖室内温度可保持在16 ℃左右。
2.地热洗浴
北京利用地热水洗浴比较广泛,目前用于洗浴的地热水井有40 眼,开办营业性浴池3处,有地热井的单位建有对社会开放的地热浴池18个,年洗浴人数已达8.0万人次,在一定程度上缓解了市民洗澡难的问题,取得了较好的社会经济效益。
3.医疗
在北京城南马家堡建有利用地热水的“中国康复研究中心”,有医疗床位450张,用于医疗、康复、保健。设有哈伯式槽、步行浴池、按摩浴池、滑流池、喷淋浴等现代化水疗设施,是一所集医疗、康乐保健为一体的康复研究中心。
表2.5.38北京东南城区地热田采暖单位一览表
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4.生产矿泉水
现有两处(永定门外粮库、朝阳温泉沐浴厅)利用地下热水,经过技术处理后生产饮用矿泉水。地热水分别取自深度2 070m和1 408m的蓟县系铁岭组和雾迷山组硅质灰岩热储层,日生产矿泉水约35t,销售国内市埸,取得了较好的经济社会效益。
此外,还有部分地热水用于工业,如北京显像管厂,将部分地热采暖弃水制成纯水用于显像管制造工艺,为地下热水的工业利用开辟了新途径。
(二) 天津地热资源开发
天津地热资源的开发主要集中在市河西区、塘沽区和大港区,自70年代初开始至今,全市已有地热井127眼(包括王兰庄、山岭子和滨海三处地热田),其中开采第三系热储层的地热水井96眼,开采第三系下部基岩热储层(主要是寒武系—奥陶系、青白口系、蓟县系碳酸盐岩地层)的31眼。开采深度一般1 500~2 500m,最大3 658m。最高取水温度96℃。最大单井出水量200m3/h。现已探明地热水可开采量13.618万m3/d, 热能276.3MW,是中国目前勘探查明地热可采资源量最多的省市之一。1995年已开采利用地热水47150m3/d, 主要用于供暖、洗浴、养殖等。应用最多的是供暖,现全市利用地热水供暖面积已达300万m2, 是中国目前利用地热水供暖面积最大、发展最快的省市。为科学管理、合理利用地热水资源,市政府设有地热管理处,对全市地热水资源的开发利用实行统一管理。管理部门正积极组织开展地热水人工回灌、利用系统自动控制、防腐、防垢、井口装置、资源综合利用等应用技术的研究。
天津利用单个地热井供暖面积可达8~10万m2(表2.5.39),是中国利用地热供暖效果比较好的地区之一。
表2.5.39天津塘沽地区部分地热井供暖情况表
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随着地热开发规模的增大,利用地热供暖的技术也日趋完善,主要体现在以下几方面:
1) 广泛安装变频调速器,按实际需要用水量进行开采,减少了地热水资源的浪费。
2) 在地热系统中应用微机自控系统,使系统处于优化运行状态,做到用多少开采多少,将管理水平提到一个新的高度。
3) 规范地热井口装置,确定全市地热井井口设计标准,采用井口密封新工艺,有效地控制井口设施及井管的腐蚀,并有计划地实施已有地热井井口的改造。
4) 积极探索地热水对管网的腐蚀机理,不断创新防腐技术,开发防腐材料代用品。
5) 优化地热供暖系统设计,如采用地热水的二次循环或低温大流量供热解决地热尾水排放温度高的问题,利用地热井与调峰锅炉配套供热、地热井联网运行等。
6) 建立地热供暖示范工程,推进地热资源的开发利用。
7) 开展地热水人工回灌试验,分别在天津紫金新村及大港油田水电厂两地进行地热对井和单井回灌试验。
(三) 河北雄县地热田
河北雄县地热田位于冀中平原中部,1972年发现,主要热储层为新生界下伏的元古宇碳酸盐岩,是平原地区比较有代表性的隐伏地热田,热田面积300余平方公里 ,地热水温度70~86℃,目前开采深度在600~1 200m左右, 是中国东部平原中地热水资源埋藏浅、温度高、水质优、资源丰富、开发利用条件好的地热田之一。80年代中期投入开发,拟作为华北平原地热资源开发的示范基地。现已有地热井20余眼,主要用于农业温室、小城镇供暖、旅游度假与科研等。该县设有雄县地热管理局,统一管理地热资源的开发利用。目前地热开发利用已进入生产、生活、旅游疗养和科研四个领域。
1.生产领域
先后投资120万元,建起了地热蔬菜基地,占地1hm2;引进香港资金建起了“保定世柱园艺有限公司”,年产鲜切花能力360万支,销售北京、天津、石家庄等大城市;利用优质地热水,建有两个饮用天然矿泉水厂,年产销能力达1 000t以上,销往北京、天津、保定及南方一些大城市;建有年产300万只的地热肉鸡孵化场,带动建立了种鸡场、饲料加工厂、肉鸡屠宰冷冻厂、肉鸡熟食品加工厂,以及众多的农民肉鸡饲养场,从而形成为雄县养殖业的龙头企业;此外还利用地热水排放尾水,养殖热带鱼1hm2。
2.生活领域
利用地热水供暖面积已达15万m2, 占机关、居民住房面积的;在城乡已建温泉浴池10多处,大部分居民洗浴用上了地热水。
3.旅游疗养事业
已建有集食宿、洗浴 、疗养、娱乐于一体的雄州宾馆、津雄大酒店、雄丰宾馆等,建立了由国内外16家企业组成的白洋淀温泉城股份有限公司,以开发地热资源为导向的新型城镇——白洋淀温泉城正在逐步形成。
4.科研工作
承担和参与了部分地热利用、管理方面的科研项目。
(四) 湖北英山地热田
湖北英山地热田位于英山这一小城镇的中心部位,是中国中、小城镇开发利用地热资源效益比较显著的地热田之一,其可开采地热水约14 730m3/d, 平均水温59.6℃。当地政府将地热资源开发作为当地经济发展的战略重点,进入80年代以来,对地热资源的开发实行统一规划、统一管理,遵循有限目标、有序发展的原则,不断把地热资源的开发利用推向深入。目前,地热资源的开发利用已扩展到农业、工业、医疗、旅游等8个领域,109个项目,主要为以下几个方面:
(1)地热科研1970年组建了“英山地热科学试验站”。设置农业、水产养殖、医疗三个科研组,相应地建成地热温室840m2、地热医疗室(20张床位)。试验站先后与有关单位共同完成“垂直杉组织培养”、“家蚕性控”、“红薯77-6”、“红薯18”、“水稻花培125”、“罗非鱼性控”、“仔幼甲鱼快速生长”等10余项科技项目,推动了地热资源的开发。
(2)地热养鱼以养殖罗非鱼为主的热带鱼发展最快,养殖水面由1985年前的不足0.33hm2,发展到目前的近百亩,湖北大别山能源发展有限责任公司在此拟建规模为20hm2的水产养殖场,进行甲鱼、乌龟、鲈鱼、罗非鱼、牛蛙等水产品的养殖开发,现已完成一期工程1.66hm2的建设。
(3)地热温室有两种形式,一种是早期建成的双屋面钢骨架玻璃温室,采用地热水为地上空气加温和地下管道加温的双向加温,用尾水喷、灌作物的方式,进行水稻育种、花卉栽培、食用菌移栽、蔬菜种植、组织培养等;二是铝合金钢管骨架塑料薄膜棚。目前后者因结构占地少、造价低、拆盖膜方便、全年可用、骨架耐腐蚀等优点而逐步代替了前者,温室也由种植地面作物扩大到水池养殖。
(4)地热水灌溉早期是利用浴池、鱼池弃水和地热井自溢水放养浮莲越冬,向邻省提供水浮莲种,后期发展到水稻育秧和灌溉。试验表明地热水育秧对早稻苗期生长、防止低温烂秧和促进生长有较好的作用;用地热水灌溉的稻田禾苗茎杆粗壮、叶片宽厚、抗病虫害能力强,比未灌地热水的稻田亩平均增产220kg左右 。
(5)浴疗1985年,建成集中西医、按摩、浴疗于一体的“温泉疗养康复医院”,现有床位150张。利用地热水的化学成分、温度、浮力、压力等作用,配以针灸、推拿、按摩和中西药物开展关节炎、类风湿、颈、肩、腰、腿等运动系统疾病及多种皮肤病的治疗,收治疗养人员4万多人次,治愈率达87.5%。
(6)设置温泉浴池实行西、北温泉并网向城区统一供应地热水,城区居民基本实现了洗用地热水。在东、西、北温泉及城区共建有高、中、低档温泉浴池8处和一个桑拿浴室,每天可满足1 500人次以上的人洗浴。
(7)地热游泳馆1980年建成一座地热室内游泳、跳水馆,占地16 000m2, 现已成为湖北省唯一的冬泳培训基地,为国家培训了一批世界水平的优秀游泳、跳水运动员。
此外,地热水还用于缫丝、棉麻洗染、脱胶、烤胶、恒温等工业领域。
为更有效的利用地热资源,当地正制定地热开发利用的科学规划,加强立法,建立有利于保护和开发地热资源的管理体制,主要措施为制定地方性法规,规范地热资源的勘探、开发与利用,划定地热资源保护区,实行地热水专营专管,组建“英山县地热开发管理公司”,统一开发、管理地热资源,建立限量开采、定量供水的计划管理制度,对地热资源实行梯度开发,以不断拓宽地热综合利用的领域。
(五) 福建福州地热田
福建福州地热田地热资源的开发利用有着悠久的历史,至今已逾千年,初期以利用天然泉水为主,本世纪初开始了人工凿井,至1917年,已有地热井50~60口。随着开采量增加,进入70年代,地热水的天然露头已全部消失,主要靠人工凿井取水。80年代初,地热水井最多时达259个,总开采量达10 765 m3/d,导致地热水位加速下降。为合理开发利用地热水资源,80年代中期对地热田的地热资源进行了统一评价,查明地热田面积约9km2;在2 000m深度内,储存热量2.961×1018J;3 000m深度内储存热量5.136×1018J。可开采地热水量9 811m3/d,可采地热水平均温度72.85℃,1992年在加强开发利用管理的基础上,已将地热田年均开采量实际控制在10 510m3/d左右(高峰期日均开采14 810 m3/d,淡季日均开采7 167m3/d),开采井调整到90余口。在现有开采条件下,福州地热水位呈逐年下降趋势,北段尤为明显。
据1984年以来的地热水位动态观察资料,1984~1992年间,基岩热储,位于开采中心的观测井(ZⅡ-1),在高水位期,水位累计下降8.91m,年平均下降1.11m;在低水位期累计下降9.65m,年平均下降1.21m,水位已降至-20.67m。第四系孔隙热储,开采中心观测井(WH56),在高水位期,水位累计下降7.26m,年平均下降0.91m;在低水位期累计下降12.6m,年平均下降1.58m,水位已降至-19.63m。其间以1984~1989年间下降幅度最大。1989年以后,下降幅度有所减缓(表2.5.40;图2.5.23)。
随着持续开采,导致区内地热水位下降,地面沉降日趋明显,沉降范围与地热水位下降漏斗范围趋于一致,中心区地面下降幅度已达320.55mm,年平均下降幅度61.4mm。
福州地热水的开发,采取集中与分散相结合,以集中开采为主,开采总量最终控制在9 800m3/d。其中,二处集中开采的地热水厂,控制开采量5 500m3/d,对热田区150余个单位提供热水服务;70余处分散开采井,控制开采量4 300m3/d,主要用于公共澡堂、机关企事业单位及宾馆供热、洗浴等。为保护地热资源,推进合理开发利用,于1985年设置了福州市地热管理处,以市政府名义发布了《福州温泉管理办法》。近年来管理部门依法对地热田的开发利用实行“统一规划、统一供应、统一管理”,并与有关部门和专家研究制定了热田综合开发利用方案,主要内容为:
表2.5.40福州地热田地热水年平均下降幅度比较
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图2.5.23福州地热田基岩热储(a)、第四系热储(b)地热水水位降深等值线图(1992年)
资料来源:福建第二水文地质队,《福建省福州市地面沉降研究报告》,1992
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1) 调整热水井布局和开采层次,充分挖掘地热田潜能。利用淘汰、改造、调整和赎卖等方式逐步将自采自用的地热井导入集中供热或小区集中供热系统,使开采井群布局渐趋合理。新增地热井,以开发深部高温地热水为主,深浅结合,减少井群干扰,实现分片集中,辐射供应,梯级利用的开发模式。
2) 完善地热田开采动态监测和地质环境监控系统。动态监测与开发管理紧密结合,逐步改造和增建部分高质量的监测孔,优化动态监测网。
3) 建立科学回灌系统。依据热田地质特征,结合生产井布局,选择适当位置,探索开采利用—废水回收处理—回灌补给浅部热储—渗透过滤补给深部热储;以自来水回灌补给浅部热储—渗透过滤补给深部热储的回灌模式,使热储得到有效的开发利用。
4) 改造热水输储设施,提高保温、防腐能力,降低热耗。
5) 勘查开发热田外围和新地热异常区,扩大地热开发范围。
6) 建立热田综合管理模型,利用微机技术,实现管理自动化。
(六) 福建漳州地热田
福建漳州地热田位于漳州市中心地带,面积约7.9km2。地热田富水段的单井最大出水量达1 800m3/d,可开采水量7 600m3/d(热能15.8MW),最高水温122.0℃,平均水温70.0℃,是我国东部地区发现的地热水温度最高的地热田。该地热田1989年始开发利用,组建了漳州市地热开发公司,对地热田实施“统一规划、统一管理、统一开发、统一利用”,是中国城市进行地热梯级开发的试点地区。地热开发除城市居民生活、医疗洗浴及工业利用外,还重点发展了地热水产养殖。漳州市在城郊都广泛的应用了地热资源,是我国开发利用地热资源少数较好的城市之一 。进一步开发利用拟分片分步实施。
(1) 市区   开发利用地热咸水1.03万m3/d,交换成60℃的淡水0.98万m3/d,供应市区3.34万户居民。分三步:第一步开发前峰新村、大桥一带,开发平均水温100 ℃的咸热水2 800m3/d,经热交换成温度60℃的淡水3 500m3/d和余下温度为50℃的咸热水2 800m3/d,其中淡水供给该片1.2万户居民,咸热水拟建一座集游泳、洗浴、疗养、娱乐、商贸于一体的温泉城,占地1.66hm2;第二步开发解放路以东元光南路一带,开发水温71 ℃的咸热水2 500m3/d,经热交换成温度60℃的淡水1 310m3/d,供片区4 375户居民使用,余下温度为50℃的咸热水2 500m3/d,建第二座温泉城,占地1.33hm2;第三步开发老城区一带,开发平均水温为90 ℃的地热水,总水量5 000m3/d,供片区1.7万户居民使用并建1~2处占地0.66hm2的温泉城。
(2) 郊区   以南郊的下庄、下庵温泉为中心,随着市区南拓逐步推开。
全热田计划开发利用地热水1.47万m3/d,供4.4万户居民使用,并拟建4~5处集游泳、洗浴、疗养、娱乐、商贸于一体的温泉城。
漳州利用地热水进行水产养殖是有成效的,拟规划建成73.3hm2亩的水产养殖基地,实现地热水产品科学养殖、深加工一条龙的生产体系。该基地分四期建设:第一期工程已于1989年开始建设,包括漳州龙师地热水养殖试验场,占地0.533hm2,市区第一养殖场,占地2.73hm2,共计3.26hm2,现已投入使用;第二期工程为市区第二三地热养殖场和地热养鳗场,占地8.13hm2,正在建设中;第三期工程为地热养殖总场,占地66.7hm2,已完成前期工作和设计;第四期为后续配套工程。
三、 供需形势
(一)2000、2010年中国经济发展对地热资源需要量估计
中国可开发利用的地热资源分布不均,开发的难易程度不同,各地对地热资源的需求程度不同。总的来看,北方地区开发地热资源主要用于供暖和医疗洗浴,南方地区则主要用于发展旅游、水产养殖等。沉积盆地区的地热田,虽然分布面广,可以成片开采,但因热储层埋藏较深,开采投资大,主要限于城镇及其周边地区,如北京、天津 、西安、昆明、郑州、开封等大、中城市;构造隆起区的地热田,虽然一般规模较小,分散,开发利用主要限于地热水露头附近,但因埋藏较浅,开采较易,开采投资相对较小,在交通方便,经济比较发达的地区,都十分重视其开发利用,如海南省的三亚南田、琼海官塘、万宁兴隆、儋州兰洋等地热田。
从中国地热资源开发的实际发展情况来看,明显地受两个条件限制。一是资源,一个地热田开发的初期,开发速度增长较快。但增长到一定时期,就因受资源量的限制,开发速度慢了下来,为防止过量开采,只能将其开采规模控制在相应的水平上,如北京东南城区地热田的开发,只保持了大致15年的连续增长势头(表2.5.41);二是地区经济发展水平,以传导热为主的地热田开发,开发利用深度目前限于2 000~2 500m的范围内,深度过大,开发已显得不经济,有条件开发这类热田的,也主要是经济条件好的单位或部门。在对流型热田开发中,目前绝大多数限于开发有地热显示的地热田。这表明中国地热资源开发的速度在总体上大致与国家的经济发展速度相适应。今后一个时期,中国经济仍将持续增长,设想以10%的年增长速度来估计中国今后对地热资源的开发速度,以中国目前地热资源开采量为基数,到2000年,将需要开发利用地热水约117.286万m3/d, 热能2 668.79MW; 到2 010年,将需要开发利用地热水约230.507万m3/d, 热能4 673.32MW(表2.5.42)。
表2.5.41北京东南城区地热田开发速度简表
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表2.5.42中国2000、2010年需开发地热资源量估计
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(二)资源保证程度
1.已探明的地热资源可满足2000年地热开发利用的需要
中国目前勘查(含调查)的地热田共738处(含台湾28处),探明可开采地热水247.016万m3/d, (或9.02亿m3/a),相应的热能为4 318.96MW,每年相当于464.4万 t标准煤发热量。上述地热田目前利用程度不等的有433处,已开发利用地热水93.67万m3/d (或3.42亿m3/a),相应的热能为1 791.13MW,每年相当于192.74万 t 标准煤发热量, 已利用地热水资源量约占探明资源量的38%,表明尚有较多可供进一步开发利用的剩余资源量(表2.5.43),大多数省(自治区、直辖市)可满足2000年发展的需要。
表2.5.43中国探明、开采地热资源基本情况表
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2.提高已有地热田的勘探开发程度可满足2010年地热开发利用的需要
现勘查的738处地热田中, 经过详查和勘探的地热田仅126处, 只占勘查热田总数的17%。进行过普查和调查的600多处地热田中,地热资源开发利用的潜力还很大, 依据现有开采程度高的地热田的地热水可开采量, 即大型地热田10 000m3/d、中型地热田3 000~5 000m3/d、小型地热田1 000m3/d, 估算已勘查的738处地热田, 若经提高勘探开发程度后,可获得地热水可开采量334.141万m3/d, 或6 802.98MW, 此量可满足2010年中国以10%左右的增长速度开发地热资源的需要 (表2.5.44)。
表2.5.44中国现有地热田远景可开采量估算值
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四、 展    望
中国的地热资源是十分丰富的,以每平方公里2 000m深度内平均蕴藏2.2075×1013kJ的地热资源量计算,在中国陆地960万km2范围内,储存的地热资源总量达2.11 920 000×1020kJ,相当于72 310亿t标准煤发热量,以我国目前能源消耗总量每年约17.24亿t煤计算,可满足中国4000余年的能源消耗。中国目前地热资源开采总量仅为1 791.13MW(折合192.74万t/a标准煤),仅是储存热量的1/375×104 ,可见地热资源开发的潜力是十分巨大的。但由于当前技术经济条件的限制,地热资源有条件得到开发利用的,仅是其中的一小部分,据开采程度比较高的几处盆地型地热田实际开采资料分析,地热资源可开采量仅为其储存热量的1%~2%(按开采100年计),如增大开采,就将增大水位的下降速度,缩短开采期限,而难于保持稳定持续的开采;此外开发地热资源也需要较多的资金投入,地热资源的开发目前主要是通过开凿地热水井直接从井中取地热水来实现的,目前钻一口2 000m左右深度的地热水井加上取水配套的费用约需300万元,以其日开采1 500~2 000m3,水温75℃地热水计,全年开采利用总量约折合4 000~5 000t标准煤,表明每增加10 000t标准煤的地热开发能力,就需投入资金600~750万元,没有足够的资金投入,欲很快提高地热资源的利用量,也是不可能的。
中国经济正处于快速发展的时期,经济的快速发展,带来了对地热资源开发的新需求,在今后一个时期,开发地热资源用于城镇供暖、医疗洗浴、水产养殖、温室栽培以及工业等方面将会有新的发展,总的趋势是:
1) 已多年开发的地热田如北京、福州等,将在加强管理保持地热田均衡开采的同时,积极进行开发热田深部和外围资源的探索,逐步扩大对地热资源的开发,以满足日益增长的需要。
2) 经济发展比较快的地区如沿海经济区、京九沿线、西部重点经济开发地区,为满足经济发展与旅游业的需要,将选择开发条件好的地热田,加快资源的勘查与开发。
3) 华北、东北等大型沉积盆地的地热资源,将是中国今后一个时期开发利用地热资源的重点。处于这些盆地的不少城镇,近年来开发利用地热资源用于城镇居民供暖、医疗洗浴、水产养殖、发展旅游事业等方面已取得了显著的社会经济效益,今后仍将继续重视地热资源的开发,在它们的影响和带动下,条件与之相似的其他城镇也将效法。这些地区地热资源开发地区范围、深度都将会有较大的发展。
4) 油田区地热资源开发将受到重视。中国不少油田赋存于大型沉积盆地,既是油田,也是地热田,有的石油勘探井本身就可作为地热井利用,有的油田的油、气已接近采完,可转化作为地热田进一步开发利用,目前有的油田(井)已开始了地热资源开发利用的尝试。处于沉积盆地区的众多油田(井)部分转入开发地热资源,将大大加快中国整体地热资源开发利用的步伐。
可以预见,中国今后一个时期,将处于地热资源开发利用快速发展的时期。
(六)矿泉水生产
中国开发地热水生产饮用天然矿泉水始于80年代后期,有两种作法,一是利用地热水中某些微量元素(组分)达到饮用天然矿泉水标准,但存在一定有害元素成分(主要是氟),经过处理后生产饮用矿泉水。这是早期的作法,比较有名的北京“可赛”牌矿泉水,就是利用储存于2 070.8m深,含氟、偏硅酸、锶的地热水,经“羟基铝沉淀除氟法”除氟处理达到饮用天然矿泉水标准后,生产的“偏硅酸、锶型”饮用矿泉水。二是直接利用地热水生产饮用天然矿泉水。这类地热水的有害成分不超过规定标准,而某些微量元素含量达到饮用天然矿泉水标准的低温地热水,90年代初开始用于生产饮用天然矿泉水。据统计全国利用地热水生产或准备生产饮用天然矿泉水的有近40处,主要是北京、安徽、广东、广西、重庆、贵州、云南、陕西、青海等省(自治区、直辖市),以利用矿化度0.6g/L以下、温度50℃以下的地热水为主。生产饮用天然矿泉水的代表性地热水水质特征如表2.5.36。
(七)农业利用
用于农业的地热水,主要为低矿化、低温(40℃以下)地热水,绝大部分直接用于灌溉,也有部分利用温度较高的地热水建立地热温室,用于种植蔬菜、花卉和育苗。在全国利用地热水进行农田灌溉的地热田有117处,利用地热水建立地热温室有77处,温室面积41.1ha。目前中国利用地热水建立温室、种植蔬菜、花卉和育苗的地热田如表2.5.37。
表2.5.36生产饮用天然矿泉水的代表性地热水水质特征
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表2.5.37建立地热温室种植蔬菜、花卉和育苗的主要地热田
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二、 典型地热田开发概况
中国不少地热田已开发多年,它们共同的特点是:对热田的地热资源进行统一规划、统一管理、综合利用、合理利用,向提高开发利用技术水平、提高地热资源利用的社会经济效益方向积极进行探索。现选择几处代表性地热田简要介绍如下:
(一) 北京东南城区地热田
北京东南城区地热田1971年经勘探发现并开始开发利用,至1991年已成井65眼,其中开发利用56眼,对地热水的开采量逐年增加,到1985年,年开采量已增至近440万m3, 现每年保持在400万m3左右,取水温度40~69℃,开采深度1 000~2 600m, 主要用于采暖、洗浴、医疗及生产矿泉水等。
北京地热资源开发大体可分为三个阶段:1970~1983年,为地热田勘查开发阶段。此期主要是进行地热田地质勘查,结合勘探进行开采,开展地热利用方面的试验研究,对地热田的资源进行评价。在地热田勘查的同时,一批地热井相继建成并投入使用,对地热水的开采量逐年增加,与开发地热水有关的一系列问题如地热水水位逐年下降、地热水供暖中产生的结垢与腐蚀、开采工艺技术、资源管理等问题也随之日益突出和暴露,阻碍着资源的合理开发利用 ,引起了政府的重视,开始酝酿建立地热资源开发利用的管理机构和管理法规的制定工作。
1983~1986年,为组建管理机构和建立法规阶段。此期组建了北京市地热管理处,颁布了《北京市人民政府关于加强地下热水资源管理的暂行规定》,开始将地热资源的勘查与开发纳入统一管理的范畴,扼制了盲目开采的势头,逐步向合理利用资源的方向发展。
1987年以后,为全面实施地热资源开发管理的阶段。此期开始实施计划用水、节约用水,推进地热水资源开发利用向高层次、高效益的方向发展,在加强早期开采地区管理的同时,采用采探结合的方法,逐步向已采区外围及深部进行地热资源的勘查与开采,以满足北京地区经济发展对地热资源日益增长的需要。目前的开采范围已扩大到200余km2, 开采深度已达2 000m以上。
地热资源的开发主要用于供暖、洗浴、医疗、生产饮用矿泉水等方面。
1.地热供暖
现有地热供暖单位17个,利用地热井14个,供暖面积18.4万m2,集中分布在永定门至团结湖一线,各供暖单位利用地热水温度、用水量、供暖面积如表2.5.38。
北京采暖期为当年11月至次年3月约150d。当北京冬季平均气温为-9.0℃时,利用地热采暖室内温度可保持在16 ℃左右。
2.地热洗浴
北京利用地热水洗浴比较广泛,目前用于洗浴的地热水井有40 眼,开办营业性浴池3处,有地热井的单位建有对社会开放的地热浴池18个,年洗浴人数已达8.0万人次,在一定程度上缓解了市民洗澡难的问题,取得了较好的社会经济效益。
3.医疗
在北京城南马家堡建有利用地热水的“中国康复研究中心”,有医疗床位450张,用于医疗、康复、保健。设有哈伯式槽、步行浴池、按摩浴池、滑流池、喷淋浴等现代化水疗设施,是一所集医疗、康乐保健为一体的康复研究中心。
表2.5.38北京东南城区地热田采暖单位一览表
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4.生产矿泉水
现有两处(永定门外粮库、朝阳温泉沐浴厅)利用地下热水,经过技术处理后生产饮用矿泉水。地热水分别取自深度2 070m和1 408m的蓟县系铁岭组和雾迷山组硅质灰岩热储层,日生产矿泉水约35t,销售国内市埸,取得了较好的经济社会效益。
此外,还有部分地热水用于工业,如北京显像管厂,将部分地热采暖弃水制成纯水用于显像管制造工艺,为地下热水的工业利用开辟了新途径。
(二) 天津地热资源开发
天津地热资源的开发主要集中在市河西区、塘沽区和大港区,自70年代初开始至今,全市已有地热井127眼(包括王兰庄、山岭子和滨海三处地热田),其中开采第三系热储层的地热水井96眼,开采第三系下部基岩热储层(主要是寒武系—奥陶系、青白口系、蓟县系碳酸盐岩地层)的31眼。开采深度一般1 500~2 500m,最大3 658m。最高取水温度96℃。最大单井出水量200m3/h。现已探明地热水可开采量13.618万m3/d, 热能276.3MW,是中国目前勘探查明地热可采资源量最多的省市之一。1995年已开采利用地热水47150m3/d, 主要用于供暖、洗浴、养殖等。应用最多的是供暖,现全市利用地热水供暖面积已达300万m2, 是中国目前利用地热水供暖面积最大、发展最快的省市。为科学管理、合理利用地热水资源,市政府设有地热管理处,对全市地热水资源的开发利用实行统一管理。管理部门正积极组织开展地热水人工回灌、利用系统自动控制、防腐、防垢、井口装置、资源综合利用等应用技术的研究。
天津利用单个地热井供暖面积可达8~10万m2(表2.5.39),是中国利用地热供暖效果比较好的地区之一。
表2.5.39天津塘沽地区部分地热井供暖情况表
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随着地热开发规模的增大,利用地热供暖的技术也日趋完善,主要体现在以下几方面:
1) 广泛安装变频调速器,按实际需要用水量进行开采,减少了地热水资源的浪费。
2) 在地热系统中应用微机自控系统,使系统处于优化运行状态,做到用多少开采多少,将管理水平提到一个新的高度。
3) 规范地热井口装置,确定全市地热井井口设计标准,采用井口密封新工艺,有效地控制井口设施及井管的腐蚀,并有计划地实施已有地热井井口的改造。
4) 积极探索地热水对管网的腐蚀机理,不断创新防腐技术,开发防腐材料代用品。
5) 优化地热供暖系统设计,如采用地热水的二次循环或低温大流量供热解决地热尾水排放温度高的问题,利用地热井与调峰锅炉配套供热、地热井联网运行等。
6) 建立地热供暖示范工程,推进地热资源的开发利用。
7) 开展地热水人工回灌试验,分别在天津紫金新村及大港油田水电厂两地进行地热对井和单井回灌试验。
(三) 河北雄县地热田
河北雄县地热田位于冀中平原中部,1972年发现,主要热储层为新生界下伏的元古宇碳酸盐岩,是平原地区比较有代表性的隐伏地热田,热田面积300余平方公里 ,地热水温度70~86℃,目前开采深度在600~1 200m左右, 是中国东部平原中地热水资源埋藏浅、温度高、水质优、资源丰富、开发利用条件好的地热田之一。80年代中期投入开发,拟作为华北平原地热资源开发的示范基地。现已有地热井20余眼,主要用于农业温室、小城镇供暖、旅游度假与科研等。该县设有雄县地热管理局,统一管理地热资源的开发利用。目前地热开发利用已进入生产、生活、旅游疗养和科研四个领域。
1.生产领域
先后投资120万元,建起了地热蔬菜基地,占地1hm2;引进香港资金建起了“保定世柱园艺有限公司”,年产鲜切花能力360万支,销售北京、天津、石家庄等大城市;利用优质地热水,建有两个饮用天然矿泉水厂,年产销能力达1 000t以上,销往北京、天津、保定及南方一些大城市;建有年产300万只的地热肉鸡孵化场,带动建立了种鸡场、饲料加工厂、肉鸡屠宰冷冻厂、肉鸡熟食品加工厂,以及众多的农民肉鸡饲养场,从而形成为雄县养殖业的龙头企业;此外还利用地热水排放尾水,养殖热带鱼1hm2。
2.生活领域
利用地热水供暖面积已达15万m2, 占机关、居民住房面积的;在城乡已建温泉浴池10多处,大部分居民洗浴用上了地热水。
3.旅游疗养事业
已建有集食宿、洗浴 、疗养、娱乐于一体的雄州宾馆、津雄大酒店、雄丰宾馆等,建立了由国内外16家企业组成的白洋淀温泉城股份有限公司,以开发地热资源为导向的新型城镇——白洋淀温泉城正在逐步形成。
4.科研工作
承担和参与了部分地热利用、管理方面的科研项目。
(四) 湖北英山地热田
湖北英山地热田位于英山这一小城镇的中心部位,是中国中、小城镇开发利用地热资源效益比较显著的地热田之一,其可开采地热水约14 730m3/d, 平均水温59.6℃。当地政府将地热资源开发作为当地经济发展的战略重点,进入80年代以来,对地热资源的开发实行统一规划、统一管理,遵循有限目标、有序发展的原则,不断把地热资源的开发利用推向深入。目前,地热资源的开发利用已扩展到农业、工业、医疗、旅游等8个领域,109个项目,主要为以下几个方面:
(1)地热科研1970年组建了“英山地热科学试验站”。设置农业、水产养殖、医疗三个科研组,相应地建成地热温室840m2、地热医疗室(20张床位)。试验站先后与有关单位共同完成“垂直杉组织培养”、“家蚕性控”、“红薯77-6”、“红薯18”、“水稻花培125”、“罗非鱼性控”、“仔幼甲鱼快速生长”等10余项科技项目,推动了地热资源的开发。
(2)地热养鱼以养殖罗非鱼为主的热带鱼发展最快,养殖水面由1985年前的不足0.33hm2,发展到目前的近百亩,湖北大别山能源发展有限责任公司在此拟建规模为20hm2的水产养殖场,进行甲鱼、乌龟、鲈鱼、罗非鱼、牛蛙等水产品的养殖开发,现已完成一期工程1.66hm2的建设。
(3)地热温室有两种形式,一种是早期建成的双屋面钢骨架玻璃温室,采用地热水为地上空气加温和地下管道加温的双向加温,用尾水喷、灌作物的方式,进行水稻育种、花卉栽培、食用菌移栽、蔬菜种植、组织培养等;二是铝合金钢管骨架塑料薄膜棚。目前后者因结构占地少、造价低、拆盖膜方便、全年可用、骨架耐腐蚀等优点而逐步代替了前者,温室也由种植地面作物扩大到水池养殖。
(4)地热水灌溉早期是利用浴池、鱼池弃水和地热井自溢水放养浮莲越冬,向邻省提供水浮莲种,后期发展到水稻育秧和灌溉。试验表明地热水育秧对早稻苗期生长、防止低温烂秧和促进生长有较好的作用;用地热水灌溉的稻田禾苗茎杆粗壮、叶片宽厚、抗病虫害能力强,比未灌地热水的稻田亩平均增产220kg左右 。
(5)浴疗1985年,建成集中西医、按摩、浴疗于一体的“温泉疗养康复医院”,现有床位150张。利用地热水的化学成分、温度、浮力、压力等作用,配以针灸、推拿、按摩和中西药物开展关节炎、类风湿、颈、肩、腰、腿等运动系统疾病及多种皮肤病的治疗,收治疗养人员4万多人次,治愈率达87.5%。
(6)设置温泉浴池实行西、北温泉并网向城区统一供应地热水,城区居民基本实现了洗用地热水。在东、西、北温泉及城区共建有高、中、低档温泉浴池8处和一个桑拿浴室,每天可满足1 500人次以上的人洗浴。
(7)地热游泳馆1980年建成一座地热室内游泳、跳水馆,占地16 000m2, 现已成为湖北省唯一的冬泳培训基地,为国家培训了一批世界水平的优秀游泳、跳水运动员。
此外,地热水还用于缫丝、棉麻洗染、脱胶、烤胶、恒温等工业领域。
为更有效的利用地热资源,当地正制定地热开发利用的科学规划,加强立法,建立有利于保护和开发地热资源的管理体制,主要措施为制定地方性法规,规范地热资源的勘探、开发与利用,划定地热资源保护区,实行地热水专营专管,组建“英山县地热开发管理公司”,统一开发、管理地热资源,建立限量开采、定量供水的计划管理制度,对地热资源实行梯度开发,以不断拓宽地热综合利用的领域。
(五) 福建福州地热田
福建福州地热田地热资源的开发利用有着悠久的历史,至今已逾千年,初期以利用天然泉水为主,本世纪初开始了人工凿井,至1917年,已有地热井50~60口。随着开采量增加,进入70年代,地热水的天然露头已全部消失,主要靠人工凿井取水。80年代初,地热水井最多时达259个,总开采量达10 765 m3/d,导致地热水位加速下降。为合理开发利用地热水资源,80年代中期对地热田的地热资源进行了统一评价,查明地热田面积约9km2;在2 000m深度内,储存热量2.961×1018J;3 000m深度内储存热量5.136×1018J。可开采地热水量9 811m3/d,可采地热水平均温度72.85℃,1992年在加强开发利用管理的基础上,已将地热田年均开采量实际控制在10 510m3/d左右(高峰期日均开采14 810 m3/d,淡季日均开采7 167m3/d),开采井调整到90余口。在现有开采条件下,福州地热水位呈逐年下降趋势,北段尤为明显。
据1984年以来的地热水位动态观察资料,1984~1992年间,基岩热储,位于开采中心的观测井(ZⅡ-1),在高水位期,水位累计下降8.91m,年平均下降1.11m;在低水位期累计下降9.65m,年平均下降1.21m,水位已降至-20.67m。第四系孔隙热储,开采中心观测井(WH56),在高水位期,水位累计下降7.26m,年平均下降0.91m;在低水位期累计下降12.6m,年平均下降1.58m,水位已降至-19.63m。其间以1984~1989年间下降幅度最大。1989年以后,下降幅度有所减缓(表2.5.40;图2.5.23)。
随着持续开采,导致区内地热水位下降,地面沉降日趋明显,沉降范围与地热水位下降漏斗范围趋于一致,中心区地面下降幅度已达320.55mm,年平均下降幅度61.4mm。
福州地热水的开发,采取集中与分散相结合,以集中开采为主,开采总量最终控制在9 800m3/d。其中,二处集中开采的地热水厂,控制开采量5 500m3/d,对热田区150余个单位提供热水服务;70余处分散开采井,控制开采量4 300m3/d,主要用于公共澡堂、机关企事业单位及宾馆供热、洗浴等。为保护地热资源,推进合理开发利用,于1985年设置了福州市地热管理处,以市政府名义发布了《福州温泉管理办法》。近年来管理部门依法对地热田的开发利用实行“统一规划、统一供应、统一管理”,并与有关部门和专家研究制定了热田综合开发利用方案,主要内容为:
表2.5.40福州地热田地热水年平均下降幅度比较
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图2.5.23福州地热田基岩热储(a)、第四系热储(b)地热水水位降深等值线图(1992年)
资料来源:福建第二水文地质队,《福建省福州市地面沉降研究报告》,1992
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1) 调整热水井布局和开采层次,充分挖掘地热田潜能。利用淘汰、改造、调整和赎卖等方式逐步将自采自用的地热井导入集中供热或小区集中供热系统,使开采井群布局渐趋合理。新增地热井,以开发深部高温地热水为主,深浅结合,减少井群干扰,实现分片集中,辐射供应,梯级利用的开发模式。
2) 完善地热田开采动态监测和地质环境监控系统。动态监测与开发管理紧密结合,逐步改造和增建部分高质量的监测孔,优化动态监测网。
3) 建立科学回灌系统。依据热田地质特征,结合生产井布局,选择适当位置,探索开采利用—废水回收处理—回灌补给浅部热储—渗透过滤补给深部热储;以自来水回灌补给浅部热储—渗透过滤补给深部热储的回灌模式,使热储得到有效的开发利用。
4) 改造热水输储设施,提高保温、防腐能力,降低热耗。
5) 勘查开发热田外围和新地热异常区,扩大地热开发范围。
6) 建立热田综合管理模型,利用微机技术,实现管理自动化。
(六) 福建漳州地热田
福建漳州地热田位于漳州市中心地带,面积约7.9km2。地热田富水段的单井最大出水量达1 800m3/d,可开采水量7 600m3/d(热能15.8MW),最高水温122.0℃,平均水温70.0℃,是我国东部地区发现的地热水温度最高的地热田。该地热田1989年始开发利用,组建了漳州市地热开发公司,对地热田实施“统一规划、统一管理、统一开发、统一利用”,是中国城市进行地热梯级开发的试点地区。地热开发除城市居民生活、医疗洗浴及工业利用外,还重点发展了地热水产养殖。漳州市在城郊都广泛的应用了地热资源,是我国开发利用地热资源少数较好的城市之一 。进一步开发利用拟分片分步实施。
(1) 市区   开发利用地热咸水1.03万m3/d,交换成60℃的淡水0.98万m3/d,供应市区3.34万户居民。分三步:第一步开发前峰新村、大桥一带,开发平均水温100 ℃的咸热水2 800m3/d,经热交换成温度60℃的淡水3 500m3/d和余下温度为50℃的咸热水2 800m3/d,其中淡水供给该片1.2万户居民,咸热水拟建一座集游泳、洗浴、疗养、娱乐、商贸于一体的温泉城,占地1.66hm2;第二步开发解放路以东元光南路一带,开发水温71 ℃的咸热水2 500m3/d,经热交换成温度60℃的淡水1 310m3/d,供片区4 375户居民使用,余下温度为50℃的咸热水2 500m3/d,建第二座温泉城,占地1.33hm2;第三步开发老城区一带,开发平均水温为90 ℃的地热水,总水量5 000m3/d,供片区1.7万户居民使用并建1~2处占地0.66hm2的温泉城。
(2) 郊区   以南郊的下庄、下庵温泉为中心,随着市区南拓逐步推开。
全热田计划开发利用地热水1.47万m3/d,供4.4万户居民使用,并拟建4~5处集游泳、洗浴、疗养、娱乐、商贸于一体的温泉城。
漳州利用地热水进行水产养殖是有成效的,拟规划建成73.3hm2亩的水产养殖基地,实现地热水产品科学养殖、深加工一条龙的生产体系。该基地分四期建设:第一期工程已于1989年开始建设,包括漳州龙师地热水养殖试验场,占地0.533hm2,市区第一养殖场,占地2.73hm2,共计3.26hm2,现已投入使用;第二期工程为市区第二三地热养殖场和地热养鳗场,占地8.13hm2,正在建设中;第三期工程为地热养殖总场,占地66.7hm2,已完成前期工作和设计;第四期为后续配套工程。
三、 供需形势
(一)2000、2010年中国经济发展对地热资源需要量估计
中国可开发利用的地热资源分布不均,开发的难易程度不同,各地对地热资源的需求程度不同。总的来看,北方地区开发地热资源主要用于供暖和医疗洗浴,南方地区则主要用于发展旅游、水产养殖等。沉积盆地区的地热田,虽然分布面广,可以成片开采,但因热储层埋藏较深,开采投资大,主要限于城镇及其周边地区,如北京、天津 、西安、昆明、郑州、开封等大、中城市;构造隆起区的地热田,虽然一般规模较小,分散,开发利用主要限于地热水露头附近,但因埋藏较浅,开采较易,开采投资相对较小,在交通方便,经济比较发达的地区,都十分重视其开发利用,如海南省的三亚南田、琼海官塘、万宁兴隆、儋州兰洋等地热田。
从中国地热资源开发的实际发展情况来看,明显地受两个条件限制。一是资源,一个地热田开发的初期,开发速度增长较快。但增长到一定时期,就因受资源量的限制,开发速度慢了下来,为防止过量开采,只能将其开采规模控制在相应的水平上,如北京东南城区地热田的开发,只保持了大致15年的连续增长势头(表2.5.41);二是地区经济发展水平,以传导热为主的地热田开发,开发利用深度目前限于2 000~2 500m的范围内,深度过大,开发已显得不经济,有条件开发这类热田的,也主要是经济条件好的单位或部门。在对流型热田开发中,目前绝大多数限于开发有地热显示的地热田。这表明中国地热资源开发的速度在总体上大致与国家的经济发展速度相适应。今后一个时期,中国经济仍将持续增长,设想以10%的年增长速度来估计中国今后对地热资源的开发速度,以中国目前地热资源开采量为基数,到2000年,将需要开发利用地热水约117.286万m3/d, 热能2 668.79MW; 到2 010年,将需要开发利用地热水约230.507万m3/d, 热能4 673.32MW(表2.5.42)。
表2.5.41北京东南城区地热田开发速度简表
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表2.5.42中国2000、2010年需开发地热资源量估计
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(二)资源保证程度
1.已探明的地热资源可满足2000年地热开发利用的需要
中国目前勘查(含调查)的地热田共738处(含台湾28处),探明可开采地热水247.016万m3/d, (或9.02亿m3/a),相应的热能为4 318.96MW,每年相当于464.4万 t标准煤发热量。上述地热田目前利用程度不等的有433处,已开发利用地热水93.67万m3/d (或3.42亿m3/a),相应的热能为1 791.13MW,每年相当于192.74万 t 标准煤发热量, 已利用地热水资源量约占探明资源量的38%,表明尚有较多可供进一步开发利用的剩余资源量(表2.5.43),大多数省(自治区、直辖市)可满足2000年发展的需要。
表2.5.43中国探明、开采地热资源基本情况表
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2.提高已有地热田的勘探开发程度可满足2010年地热开发利用的需要
现勘查的738处地热田中, 经过详查和勘探的地热田仅126处, 只占勘查热田总数的17%。进行过普查和调查的600多处地热田中,地热资源开发利用的潜力还很大, 依据现有开采程度高的地热田的地热水可开采量, 即大型地热田10 000m3/d、中型地热田3 000~5 000m3/d、小型地热田1 000m3/d, 估算已勘查的738处地热田, 若经提高勘探开发程度后,可获得地热水可开采量334.141万m3/d, 或6 802.98MW, 此量可满足2010年中国以10%左右的增长速度开发地热资源的需要 (表2.5.44)。
表2.5.44中国现有地热田远景可开采量估算值
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四、 展    望
中国的地热资源是十分丰富的,以每平方公里2 000m深度内平均蕴藏2.2075×1013kJ的地热资源量计算,在中国陆地960万km2范围内,储存的地热资源总量达2.11 920 000×1020kJ,相当于72 310亿t标准煤发热量,以我国目前能源消耗总量每年约17.24亿t煤计算,可满足中国4000余年的能源消耗。中国目前地热资源开采总量仅为1 791.13MW(折合192.74万t/a标准煤),仅是储存热量的1/375×104 ,可见地热资源开发的潜力是十分巨大的。但由于当前技术经济条件的限制,地热资源有条件得到开发利用的,仅是其中的一小部分,据开采程度比较高的几处盆地型地热田实际开采资料分析,地热资源可开采量仅为其储存热量的1%~2%(按开采100年计),如增大开采,就将增大水位的下降速度,缩短开采期限,而难于保持稳定持续的开采;此外开发地热资源也需要较多的资金投入,地热资源的开发目前主要是通过开凿地热水井直接从井中取地热水来实现的,目前钻一口2 000m左右深度的地热水井加上取水配套的费用约需300万元,以其日开采1 500~2 000m3,水温75℃地热水计,全年开采利用总量约折合4 000~5 000t标准煤,表明每增加10 000t标准煤的地热开发能力,就需投入资金600~750万元,没有足够的资金投入,欲很快提高地热资源的利用量,也是不可能的。
中国经济正处于快速发展的时期,经济的快速发展,带来了对地热资源开发的新需求,在今后一个时期,开发地热资源用于城镇供暖、医疗洗浴、水产养殖、温室栽培以及工业等方面将会有新的发展,总的趋势是:
1) 已多年开发的地热田如北京、福州等,将在加强管理保持地热田均衡开采的同时,积极进行开发热田深部和外围资源的探索,逐步扩大对地热资源的开发,以满足日益增长的需要。
2) 经济发展比较快的地区如沿海经济区、京九沿线、西部重点经济开发地区,为满足经济发展与旅游业的需要,将选择开发条件好的地热田,加快资源的勘查与开发。
3) 华北、东北等大型沉积盆地的地热资源,将是中国今后一个时期开发利用地热资源的重点。处于这些盆地的不少城镇,近年来开发利用地热资源用于城镇居民供暖、医疗洗浴、水产养殖、发展旅游事业等方面已取得了显著的社会经济效益,今后仍将继续重视地热资源的开发,在它们的影响和带动下,条件与之相似的其他城镇也将效法。这些地区地热资源开发地区范围、深度都将会有较大的发展。
4) 油田区地热资源开发将受到重视。中国不少油田赋存于大型沉积盆地,既是油田,也是地热田,有的石油勘探井本身就可作为地热井利用,有的油田的油、气已接近采完,可转化作为地热田进一步开发利用,目前有的油田(井)已开始了地热资源开发利用的尝试。处于沉积盆地区的众多油田(井)部分转入开发地热资源,将大大加快中国整体地热资源开发利用的步伐。
可以预见,中国今后一个时期,将处于地热资源开发利用快速发展的时期。