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山西省地热能开发利用浅析
来源:地大热能 2020-08-04
地热能来源于地球内部的熔融岩浆和放射性物质衰变,是一种绿色低碳的可再生能源,具有资源量丰富、能量密度大、分布广泛、稳定性好等特点。在当前能源结构转型、大气污染治理以及北方地区清洁供暖的形势下,地热能作为一种极具竞争力的可再生能源,将在未来能源革命中发挥重要的作用。地热资源按照赋存状态可以分为浅层地热资源、水热型地热资源和干热岩资源三类,浅层地热能温度一般低于 25℃,埋深 200m 以浅,是蕴藏在土壤、岩石、地下水、地表水等中的地热资源;水热型地热能是埋深在 200-3000m 的地下水或蒸汽中所蕴含的地热资源;干热岩一般指埋深 3000m 以上,温度大于200℃,内部不存在流体或仅有少量地下流体的高温岩体。
 
1 山西省地热能开发利用现状
1.1 地热资源分布及特征
山西省地热能资源相对丰富。其中,浅层地热能可开采资源总量约 2800 万吨标准煤,是全国浅层地热能开发利用的“适宜区”,主要分布在朔州、忻州、大同、晋中、太原、临汾、运城和长治8 个城市。水热型地热能可开采资源总量约 5700 万吨标准煤,位居全国第 8 位,主要分布在太原、临汾、曲沃、运城等市县。按照地热资源特征,山西省可分为新生代沉积盆地型和隆起山地型两种地热资源类型。新生代沉积断陷盆地位于山西中部,呈多字型雁行排列,自北而南依次发育大同盆地、忻州盆地、太原盆地、临汾盆地、运城盆地。这些盆地中部和边缘断裂构造十分发育,大地热流值为 71-80mW/m2 ,高于全球大地热流平均值 61.55mW/m2,属于高热流异常区,其中太原、临汾和运城三大盆地是山西省地热资源条件最好的地热异常区。太原盆地北起石岭关,南到韩侯岭,东部以太行山系太岳山北段为界,西部以吕梁山系的太原西山为界,盆地长约 40km,宽约 105km,面积约 4000km2, 海拔 700-900m,是一个典型的新生代断陷盆地,构造运动强烈,为地热的形成提供了有利条件。目前盆地中南部主要开采二叠、三叠系砂岩热储。盆地北部及边缘开采奥陶系、寒武系碳酸盐岩热储,水温 60-75℃,最高可达95℃。临汾 - 运城盆地位于山西断陷带中南段,呈 NE-NNE 向展布,主要受吕梁山、霍山和中条山山前大断裂控制。临汾盆地地热田面积 4765.4km2 ,主要发育寒武 - 奥陶系灰岩热储,水温一般 37-50℃,局部高达 75℃;水量一般 50-130m3/h。运城盆地地热田面积 5462.9km2 ,主要发育新生界砂岩热储,水温一般25-61℃,最高达 68℃;水量一般 50-130m3/h,最 高 可 达300m3/h。
1.2 地热资源开发利用现状
山西省地热资源开发利用最早起源于对温泉的开发利用。根据地热地质勘查结果表明,全省共发现水温在 20℃以上的地热水出露点 200 多处,主要分布在运城、临汾、忻州、大同 4 大盆地中。山西奇村温泉因其含有氡、氟、硫化氢、硅酸盐等十几种矿物质,具有明显的医疗保健功效,被誉为世界四大温泉之一。随着地热勘查程度的加深,山西省地热产业慢慢扩展到了地热供暖、洗浴保健、种植养殖、工业生产等方面。近几年,以省会城市太原为首,率先开始了地热供暖规模化开发,而后临汾、运城等地区也纷纷掀起了地热供暖产业浪潮。截至 2019 年底,山西省地热供暖面积约为 1350 万平方米。其中,浅层地热能供暖制冷面积 450 万平方米,中深层地热能供暖面积 900 万平方米,已成为山西省能源转型的重要推动力。

2 山西省地热能开发利用存在的问题
2.1 地热资源家底不明晰
山西省作为我国传统煤炭能源大省,一直以煤矿勘查为主,而对于地热资源勘查投入较少,与山西省地热产业快速发展极不协调,严重制约了地热资源的高质量开发。如太原某小区地热供暖项目,在前期地热勘查不充分的情况下,钻井成功率仅为20%,且出水温度远远低于预期,造成项目停运。运城市绛县也出现此类地热钻井情况,使得地热供暖更改为燃气锅炉供暖,经济性较差。
2.2 地热开发水平较低
受资源勘查程度低、资料少、研究精度低等一系列问题的困扰,浅层地热能应用技术水平还没有达到成熟,缺少核心技术及产品的生产研发企业。砂岩热储回灌率低也成为影响山西地热能可持续发展的一大重要问题。早期运城市地热能发展速度较快,但大部分项目砂岩地热尾水难以经济回灌,因此采取地热尾水直排的方式来提高项目经济性,最后面临管道腐蚀、土壤污染等一系列问题,而不得不关停。
2.3 地热产业体制机制不健全
目前山西省尚未出台相关地热资源管理办法,地热业务管理权限分属不同部门,企业在办理地热项目的采矿权和取水许可证的过程中手续复杂、流程不畅,导致目前地热项目未批先建、违规建设的情况频繁发生。在政策层面,由于缺少专门针对地热清洁供暖的扶持政策,且地热项目前期投入较大,资金回笼较慢,造成市场主体融资压力较大,积极性不高。
 

3 山西省地热能开发利用发展环境
3.1 山西省能源转型刻不容缓
山西作为长期为我国输送煤炭的能源大省,对我国国民经济和社会发展起到了重要的支撑和保障作用。但与此同时,煤炭等化石能源大规模开发对山西省生态环境造成严重影响,迫近生态红线。2019 年,生态环境部设立大气污染传输通道城市(2+26 城市)及汾渭平原 11 城市作为打赢蓝天保卫战重点推进区域,山西省有八座城市在列(太原、阳泉、长治、晋城、吕梁、晋中、临汾、运城)。区域环境污染压力对能源产业发展形成的约束日趋强化,迫使山西加快实现低碳绿色转型。
3.2 地热产业进入规模化发展时期
地热作为非化石能源中的重要一员,不受季节、气候等外界因素干扰,是一种现实并具有竞争力的可再生能源。经过多年的发展,我国已经建成了世界上规模最大的地热产业,直接利用规模多年位居世界第一。首部国家层面“十三五”规划正式出台;雄安新区将打造地热能开发利用国际样板,助力“雄县模式”发展成为“雄安模式”;“北方地区冬季清洁取暖”进程中地热成为燃煤替代的重要形式;“夏热冬冷”地区居民清爽度夏、温暖过冬需求进一步扩大了地热产业发展空间;青海共和盆地干热岩资源勘查取得突破,科技攻坚战全面启动。与此同时,国家及各级政府出台了一系列地热产业扶持政策,促进了地热产业快速发展,国家层面“地热能开发利用管理办法”编制工作也正在全面推进过程中。综合来看,随着一系列重大战略与利好政策的出台实施,我国地热产业市场空间不断扩大,正逐渐进入规模化发展时期。
3.3 山西省地热产业市场前景广阔
按照山西省人民政府发布的《山西省打赢蓝天保卫战三年行动计划》相关要求,全省各市县纷纷行动,出台一系列清洁取暖补贴政策。《太原市人民政府办公厅关于印发太原市 2018 年散煤治理实施方案的通知》(并政办发[2018]40 号)要求深层地热源热泵清洁供暖试点一次性建设投资,由市级财政给予 120元 / 平米补贴。阳泉市印发《阳泉市 2017-2019 年冬季清洁取暖工作指导意见》要求对利用地热、工业余热、地源、水源、空气源热泵、地热等可再生能源集中进行区域清洁供热改造的实施企业给予补贴。2015 年中石化新星双良地热公司在山西建成了全国第一个地热能集中供热示范站 - 太原三十三所供热项目。该项目融合了地热能、太阳能、余热等绿色能源,替代了 3 台共150 吨的燃煤锅炉,实现地热供暖面积 65 万平方米,年减少原煤消耗量 5573 吨。不仅有效改善了地区的生态环境,而且带来了良好的社会生态效益,具有重要的引领和示范意义。随着山西省地热产业一系列利好政策不断出台,示范项目不断建立,地热产业市场潜力巨大,前景广阔。

4 山西省地热能开发利用对策建议
4.1 加大资源勘查投入
建议加大山西省地热资源勘查财政投入力度,开展太原、临汾、运城等重点区域地热资源的详查和精细评价。对水热型地热田的地质及热储特征、地热资源的数量和质量,以及开采技术经济性做出评价,为山西省地热资源合理开发利用提供依据。
4.2 加大重点技术研发
山西省应设立地热能科技创新重大专项资金,加大对地热能勘探开发核心关键技术研发的投入力度。一是研发高精度水热型地热非震勘探技术,通过技术应用解放更多地热资源。二是攻关砂岩地热尾水经济回灌技术,保证砂岩地热项目尾水实现全回灌。
4.3 加大法规政策建立
加快出台《山西省地热资源管理办法》,明确管理部门职责,简化和加快地热探矿权、采矿权等申报要求和审批程序。优化和完善地热采灌标准,加强地热水回灌监督检查,制订完善的地热能技术标准体系。制订和实施积极的财税政策,支持地热产业发展。
5 结论
随着生态与环保问题日益突出,山西省作为全国首个全省域能源革命综合改革试点备受关注。山西省地热资源丰富,开发利用空间广阔,加快以地热能为重点的清洁能源产业快速发展成为当前山西省能源转型的重要举措。伴随着能源生产与消费革命推进进程,山西省将切实提高地热产业勘探及研发技术,加快地热产业化建设,推动省内相关地热产业政策及管理办法陆续出台,努力探索走出一条能源转型发展新道路。本文来自:刘 芮(中石化新星(北京)新能源研究院有限公司,北京 100083)

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