地热资源利用开发效应与对策

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1、地热资源利用开发效应与对策［摘要］地热资源作为一种绿色能源，储量丰富，可为人类提供足够的热量进行发电和非电利用。但是随着地热资源不断开采利用，热储质量的抽取量与补给量逆差不断增大，热储质量的亏损不可避免，热田的性状、地热流体的物理、化学条件以及周围环境都会发生变化。地热回灌和地热热泵技术是目前行之有效的避免或减缓地热田开发效应的有效措施。［关键词］地热田；开发效应；对策［中图分类号］P641.7［文献标识码］A能源是人类社会存在与发展的物质基础。过去200多年,建立在煤炭、石油、天然气等化石燃料基础上的

2、能源体系极大地推动了人类社会的发展。然而，人们在物质生活和精神生活不断提高的同时，也越来越体会到大规模使用化石燃料所带来的严重后果。资源日益枯竭，环境不断恶化，还诱发了不少国与国之间、地区之间的政治经济纠纷、冲突和战争。因此，人类必须寻求一种新的清洁、安全、可靠的可持续能源。地球内部蕴藏着巨大的自然能源一一地热能，地热能是一种相对清洁的、环境友好的绿色能源，其资源具有多功能性。一是把地热转变成电能；二是中低温地热资源可直接向生产工艺过程供热；三是向生活设施供热；四是农业用热，如土壤加温、果实催熟；五是提

3、取其中的矿物原料；六是医疗保健，等等。1地热利用会产生哪些主要开发效应地球是个大热库，地热资源由于有这一热库强劲热能的支撑，其资源可为人类提供足够的热量进行发电和非电利用。众所周知，由于地下热储质量的不断抽取，其动态变化也一刻未停。随着热储质量的抽取量与补给量逆差的增大，热储质量的亏损不可避免。热田的性状、地热流体的物理、化学条件以及自然环境等对热田开发利用过程中导致质量亏损所发生的种种反应，统称地热田的开发效应。在开发过程中，必然造成地热系统压力和流体流量下降，其下降的幅度取决于地下补给速率，而补给速

4、率又是系统渗透性能的函数。压力下降必然伴随同一层位温度的下降，虽然温度下降趋势和幅度不如压力衰减那么明显。热储质量过量开采，还会导致热田压力衰减和地面的沉降。开釆过程中热储质量的动态变化是不均匀的，因此地面的形变也是不均匀的，这一不均匀的形变导致热储上覆地层遭受破坏，可能导致热储盖层的破裂、局部塌陷或地表热泄漏，甚至产生水热爆炸等现象，并将危及地面建筑群和电站的安全。下面以西藏羊八井热田在开发利用过程中所出现的开发效应为例，探寻这一问题。羊八井地热田是我国唯一具有一定规模的地热电站所在地。热田的浅层热储

5、平均温度为151°C,最高达172°C,总装机25MWo[1]随着地热发电量的逐年增加，热储质量亏损和地面形变等开发效应越来越明显。探索和研究开发效应的发生和发展，对保证热田正常开采与电厂的正常运行十分重要。1.1浅层热储羊八井目前发电所用地热流体是盆地基底之上第四纪覆盖层中的热水储集层，第四纪地层的最大厚度只有312米,一般地热生产井的深度仅有几十米至三百米。过浅的开采层易受地表水干扰；过薄的松散盖层，在开发过程中容易发生事故。由于流体的持续抽取，造成地下热水水位下降，形成天然扩容空间，致使扩容空间的

6、蒸汽压力超过上覆薄层压力，从而形成诱发水热爆炸的可能。浅层热储的开采，易受地表和浅层地下冷水的干扰，不仅影响发电效率，而且也是导致地表变迁的直接原因。1.2质量亏损热田自发电以来究竟消耗了多少地下流体，目前通过流体参数与发电总量间的换算，得出的抽取量大于35000万吨。参数的递减，流体消耗量也随之增大。羊八井地区属半干旱大陆性气候，年降水量小，蒸发量大，水的来源不丰富。即使热田深部有足够热能补给，水的补给条件差，远不能满足发电需要。由于热田的补给条件差，质量亏损大幅度上升,在没有进行生产回灌的情况下，流

7、体消失，首先影响浅层热储及周围地区水力平衡和压力的分配，出现压力衰减，同时导致潜水面下降以及盖层含水量的减少，引起局部重力异常，出现地面沉降。而地面以上的地热显示，也必然随着流体的亏损而消失。1.3大气污染地热流体中含有各种成分的气体，主要为二氧化氮、二氧化碳、硫化氢以及少量的甲烷、汞、镭、硼等，其含量取决于各个热田的地质条件。流体中同样也含有不同类型的化学组分。一般来讲，如果废气排放的高度高出附近建筑群体的高度，则因废气浓度小，大气污染将不会成为严重的问题。但是必须小心避免从蒸汽系统或热水系统漏泄出来

8、的气体发生危险性聚积所酿成的危害。1.4热污染西藏羊八井地热发电的尾水，水温在沸点85°C〜86°C,每天至少有4万〜5万吨全部排放到藏布曲河，开发初期还能见到有烫死的鱼浮在河面，现阶段河的下游，鱼儿早已无影无踪。由于热田的开发，钻井工程纵横交错铺设的管道，生产过程中高温蒸汽的排放，草甸生态环境受到破坏，使草甸植被受损、死亡，草场退化，草地荒漠化。藏身在草甸中的兔类等野生动物也早已跑得无影无踪。1.5化学污染西藏羊八井地热发电的尾水排放，对