中国地热资源及其潜力评估

刘江科

摘要：地热能是一种绿色环保、能够循环利用的可再生能源，我国的地热资源较为丰富，其中以中低温地热资源为主，但是我国在地热资源的利用上仍旧处于起步的阶段，主要的利用方式仍旧为直接利用，地热发电等均较为落后。文章通过对我国地热资源的特点进行分析，并且根据地热资源的分类采用不同的计算方法来对各种地热资源进行潜力评估。

关键词：地热资源；潜力评估；可再生能源；地热发电；水热型地热资源 文献标识码：A

中图分类号：P314 文章编号：1009-2374（2016）33-0134-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.33.066

目前能源短缺已经成为制约中国经济发展的主要问题之一，在这样的情况下，需要开发各种新型的可再生能源来保证社会经济的可持续发展。在众多的可再生能源当中，地热能源在我国的储量较大、分布较为广泛，且地热能源的利用效率较高，具有较大的利用潜力空间。在这样的情况下，可以对其潜力进行相应的评估，以此来进行大规模的开发和利用，应对全球气候变化和节能减排的需要，同时也可以保证我国经济的可持续发展。

1 我国地热资源的分类和特征

地热资源指的是能够被人类所利用的地球内部的地热能、地热流体和其他有用组分，地球可以被看成是一个巨大的热库，其中具有较大的热能，这些热能可以通过火山爆发、岩层的热传导和地下水的运动来向地表进行传播。就目前的情况来看，能够被利用的地热资源包括以下方面：露出地面的温泉、通过热泵技术开采利用的浅层地热能和通过钻井来进行直接利用的地热流体。一般情况下，地热资源中热能量主要包括这样两个部分：一部分是储存在岩石介质当中的热能量；另一部分是储存在地下热水当中的热能量，但是这些地热能不能被全部开采出来，能够被开采并且能够被利用的部分被称为有效利用地热资源量。

1.1 地热资源的分类

一般情况下，可以根据热流体的传输方式、温度范围、构造成因和开发利用的方式，将地热资源分成浅层地热能、水热型地热能和干热岩型地热能三种类型，其具体分类内容体现在以下方面：

浅层地热能主要指的是在目前技术经济条件下，能够对地表以下200米范围内进行开发利用的，蕴藏在岩体和地下水中的温度低于25℃的能源。一般情况下，浅层地热能主要包括浅层岩体、地下水和地表水中所含的热能，这种地热能源属于低位热能，可以利用热泵技术来进行开采，同时在利用的时候不会产生相应的有害气体，就目前的情况来看，这样的地热能源主要被利用到城市中冬季的供暖和夏季的制冷方面。

水热型地热资源也可以被称为常规地热资源，这种自热资源主要蕴含在较深的地下水和蒸汽中，是目前主要开发利用的地热资源。通常情况下，可以通过人工钻井的方法来对其中的地热流体进行直接利用，水热型地热资源可以根据温度来进行分级，150℃以上的为高温地热资源，150℃和90℃之间的被称为中温地热资源，90℃以下的被称为低温地热资源，同时也可以根据构造成因，将这种地热资源分为沉积盆地型地热资源和隆起山地型地热资源；按热传输方式，可分为传导型地热资源和对流型地热资源。

干热岩又被称为工程型地热系统，其温度一般在200℃以上，存在于地下1000米以上。这种地热能源主要由岩石介质构成，在对其进行开发利用的过程中，需要向注水井当中高压注入温度较低的水，以此来使岩石产生相应的裂缝，在裂缝的不断扩大下，形成一个面状的人工热储，这些水在发生热交换之后，会形成温度较高的高温高压水或者水蒸气，以此来对其进行使用。

1.2 地热资源特征

我国的地热资源总储量较为丰富，其中地热资源的种类较多，分布较为广泛，但是由于地层构造和水文条件的影响，总体的分布并不均匀。我国的地热资源主要以低温地热资源为主，而高温地热资源主要分布在藏南、川西和台湾省等地区，其中的中低温地热资源主要是分布在山地的断裂层和盆地当中。一般情况下，盆地当中的地热资源相比山地断脉来说更为丰富，总储量也更为丰富，具有较大的开发潜力；我国地热资源的地热值分布非常不均匀，一般情况下，在西藏的南部地区和台西等地区最高，其平均值能够达到150MW/m2，在最高的地方可以达到300MW/m2。由此来看，我国的地热资源分布具有较为明显的规律性和地带性，东部地区、东部沿海、台湾和藏南等地区地热资源分布较多，而盆地地热资源主要分布在东部地区、琼雷盆地、松辽盆地和环鄂尔多斯断陷盆地等地区，山地断脉地热资源主要分布在东南沿海、台湾、藏南、川西、滇西和胶辽半岛等地区，对于干热岩来说，在全球的范围内都有分布，其中开发利用潜力最大的为火山地区和地壳较薄的地区。

2 地热资源潜力评价方法

对于不同类型的地热资源，需要采用不同的评价方法，其具体方法体现在以下方面：

2.1 浅层地热资源的评价方法

QR=QS+QW+QA

QS=ρSCS（1-φ）Md1

QW=ρWCWωMd1

QA=ρACA（φ-ω）Md1

式中：QR代表了浅层地热容量；QS代表着岩土体的热容量；QW代表着岩土层中所含水的热容量；QA代表着岩土体中空气的热容量；ρS代表了岩土体的密度；φ代表了岩土体孔隙率；M代表了计算面积；ω代表岩土体的含水量。

在对地热资源的地热容量进行计算之后，需要对其中的资源量进行计算，其计算公式体现在以下方面：

Q=QR×ΔT×α×β×γ

式中：Q代表着可以利用的地热资源总量；QR代表浅层地热容量；ΔT为其中可利用的温度差；α为城市面积系数；β为可开采的地热能系数；γ为浅层地热能开发利用系数。

2.2 水热型地热资源评价方法

对于传导型地热地缘来说，其地热资源的评价方法主要体现在以下方面：

Q=A×D（T-Twf）（P×C）

式中：Q为地热总资源；A为计算面积；D为地热资源储层的平均厚度；T为其中的平均温度；Twf为参考温度；P×C为岩石和水的体积比热容。

2.3 干热岩资源的评价方法

一般情况下，在对干热岩资源进行评价的过程中，主要以体积估算法为主，其具体公式体现在以下：

Q=P×Cp×V×（T-T0）

式中：Q为所计算的地热资源的总储量；P为岩石密度；Cp为岩石的比热容；V代表了岩石的体积；T-T0为所计算深度的岩石温度和地表温度之间的差值。

3 对地热资源的结果进行估算

在对地热资源的结果进行估算的时候，需要对参数进行选择，一般情况下，这样的参数主要根据热储介质和计算面积来进行选择，其参数主要包括各种岩石和水的密度、水的比热容、地表温度、土壤含水量、孔隙率、温度差等，根据这样的参数内容可以进行相应的取值，并且可以对各种类型地热资源的储量进行相应的估算。如江西省修水县白岭地热水勘查项目：热水温度为79℃～83℃，提供的可开采量为2325m3/d。每日产生热能7.177MW（属小型规模）、每日热功率为7176.97kW、年产能3.772×108MJ，具体计算如下：

3.1 建立热储模型

该项目为带（脉）状对流型构造裂隙地热水（如图1所示）：

3.2 通过多孔抽水、群孔抽水试验进行参数确定

通过多孔放（抽）水试验资料代入公式，可得出主要水文地质参数，详见表1：

群孔抽水试验时的影响半径分别采用承压水经验公式进行计算，详见表2：

3.3 通过确定抽（放）水试验进行可开采量计算

通过确定抽（放）水试验Q=f（S）曲线类型及曲线方程，进行可开采量计算，详见表3：

3.4 进行地热流体产能计算

3.4.1 依据地热流体可采量所采出的热量。将有关参数代入下式计算地热田的产能（热能）：

Wt=4.1868Q（t-t0）

式中：Wt为热功率（kW）；Q为地热水可采量（L/s）；T为地热水温度（℃）；t0为当地年平均温度（℃）；4.1868为单位换算系数。

3.4.2 地热流体年开采累计可利用的热能量。将有关参数代入按下式估算：

∑Wt=86.4DWt/K

式中：∑Wt为开采一年利用的热能，单位兆焦（MJ）；D为全年开采日数，单位为天（d），按365计算；Wt为按公式计算得出的热功率值，单位为千瓦（kW）；86.4为单位换算系数；K为热效比（按燃煤锅炉的热效率0.6计算）。

4 结语

在经过相应的计算之后，所得出的结论体现在以下方面：我国重点城市浅层地温能资源量为2.78×1020J，主要平原（盆地）沉积盆地地热资源储量为2.5×1022J，温泉区放热量为1.32×1017J，大陆中深处干热岩资源储量总计为2.5×1025J。

参考文献

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（责任编辑：秦逊玉）