天津浅层地热能开发利用前景
(1.天津地热勘探开发设计院；2.天津市国土资源和房屋管理局)
随着天津经济建设的不断加快，对能源的需求与日俱增。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需紧张的局面起到积极的作用。通过对现有研究资料的分析，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，中国开发利用地热资源已有2000多年，是世界上较早利用地热资源的国家之一。我国自20世纪70年代开始勘探开发地热资源，开发利用发展迅速，涉及发电、供暖、医疗、洗浴和工农业生产，取得了显著的经济、社会和环境效益。特别是20世纪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，地热资源的开发利用更加蓬勃发展，应用范围日益广泛。随着常规能源的日益短缺，地热能等可再生能源的开发和利用受到了全世界的关注。《中华人民共和国可再生能源法》于2006年6月65438+10月1日生效，将可再生能源的开发和利用列为能源的优先领域。
浅层地热能是地热资源的一部分，是指蕴藏在浅层岩土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，只注意开发深层高温地热能。由于打深井成本高、风险大，对地热能的需求越来越大，随着开发利用新技术的不断出现，人们开始关注具有低温潜力的浅层地热资源，并发现这里也蕴藏着巨大的能源资源。近年来，浅层地热能利用技术在欧美等发达国家已经非常成熟，并得到广泛应用。在我国尚处于起步阶段，浅层地热能尚未得到系统的勘探和评价，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评价和开发利用方案试点作为国土资源部近期重点开发的地热能工作之一。
目前，能源供应短缺已成为制约天津经济社会发展的突出矛盾。地热勘探、开发和利用始于20世纪70年代，地热能已成为天津市重要的补充能源，在一定程度上缓解了能源供需紧张的局面。然而，随着大规模开发利用造成的高品位地热资源短缺，迫切需要寻找新的资源。因此，浅层地热能将成为未来几年地热开发利用的重点。天津浅层地热能勘探开发基本空白，这部分地热资源潜力巨大。因此，加快浅层地热能资源的勘探开发，必将对缓解天津能源供需紧张局面起到积极作用。
2天津平原地区浅层地温场特征
图1天津地区浅层地温梯度等值线图
天津以平原为主，约占全市总面积的93.7%。平原地区沉积厚的新生界松散地层厚度大，比热容高，导热系数低，而天津地区热流值比较大，热量多，为浅层地热能的开发利用奠定了基础。
地壳最上面的部分被称为温跃层，它接收最多的太阳辐射能量。它的特点是随太阳辐射的季节、早晚和晴雨变化而变化。夏季和中午，其顶部可高于30℃，向下温度逐渐降低；冬季凌晨最高可低于0℃，向下气温会逐渐升高。晴天的变化比雨天大。温带以下是恒温层，指在一定深度范围内，地面温度常年保持相对恒定的地带。天津恒温带深度为30米，温度为65438±03.5℃。然后是地热增温带，也就是温度以一定的速率向下上升。这一速率也称为地热梯度，以每100m米的度数来测量。在天津的地热勘探中，大于3.5℃/100m的地热梯度称为地热异常。根据天津地热勘探中的测温资料，可圈出10地热异常区(见图1)，地温梯度为4.5 ~ 8.8℃/100 m，面积为2328km2。其他地区地温梯度一般为2.0 ~ 3.5℃/100 m，目前我国浅层地热能深度为200m，按某一深度的地温计算公式(见公式1)计算:天津平原200m深度的温度，地热异常区为21 ~ 28℃，非地热异常区为17 ~ 19℃。随着技术经济条件的改善和利用深度的增加，将会有更多的地热能可供利用。
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是恒温层的埋深(m)；T0是等温层温度(℃)。
3天津浅层地下水资源
新生界松散沉积物广泛分布于天津南部平原，第四系和第三系含水层可分为五层。第一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。第二含水组相当于中更新统(Q2)，其底界深度为180 ~ 220m。第三含水组大致相当于下更新统上段()，底界深度290 ~ 310m，第四含水组相当于下更新统下段。隆起区还包括一些新近纪含水地层()，底界深度为370 ~ 430米。第五含水组为新近系含水组(N2)，底界埋深520～560米。第一含水层属于浅层地下水。
ⅱ-ⅴ含水组属于深层地下水(表1)。根据天津市新一轮地下水资源评价结果，五层含水组天然地下水资源量为18.13×108 m3/a，根据水文地质条件分析和水资源反复论证，天津市有多年稳定补给的地下水资源，可持续利用的水资源量为(7 ~ 8 )× 108m3/a。
根据过去天津平原地区近百口深约200m的浅井的测温资料，水温为65438±07 ~ 28℃，五个含水层中的水和气因温度变化不大而成为巨大的能量库。随着低温利用技术的成熟，大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
热泵是一种先进的热能利用和节能设备，能有效利用空气、水和土壤中所含的低温热能。具有环保、稳定、高效、节能、节省空间、低维护、运行成本低、环境污染小的优点。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走在了前列，其装机容量和利用能量每年增长20%以上。到2005年，全球已有33个国家安装了65438+30万台热泵，总装机容量为15723MWt。目前，浅层地温利用技术在欧美等发达国家已经非常成熟，并得到了广泛应用。我国浅层地热能的开发利用起步较晚。20世纪90年代，地源热泵系统浅层地热能开发利用技术开始研究和推广，2000年开始在国内大面积推广。2005年6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》，用以指导热泵系统工程的建设。
表1天津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
天津浅层地热能资源丰富，社会发展和人民生活水平不断提高。目前，天津已有多个项目采用地源热泵系统解决供暖和供冷问题，如梅江小区、开发区海滨大道、国家安全局数据档案馆、塘沽华凯商业广场等。为天津浅层地热能的开发利用提供参考。因此，天津利用热泵开发浅层地热能的技术和资源条件基本具备，发展前景十分看好。在当前严峻的能源形势下，积极推广热泵技术，大规模开发浅层地热能具有重要的现实意义。
参考
[1]天津地热勘探开发设计院。天津王兰庄地热田普查。1987
[2]天津地热勘探开发设计院。天津蓄热工程研究所。2005
[3]陈墨香等.华北地热.科学出版社，1988。
段，王，，邢桂发。天津市地下水资源及其可持续利用。水文地质学工程地质学，2004
[5]郑克邦。世界浅层地热能开发利用现状及其在中国的发展前景。2006年全国地源热泵技术培训班教材