沧州肃宁县地热开发利用及其环境保护问题

1 前言前言 地热作为一种新能源 具有投资少 见效快的特点 尤其在冬季供暖 方面有着锅炉无法拟的优越性 地热又属于洁净能源 不污染环境 能改 善人们的生活质量 开发利用地热能有着良好的社会效益和经济效益 肃 宁县是河北省皮毛加工地 是朔黄 京九铁路的交汇处 随着朔黄 京九 铁路的相继开通 区位优势越来越明显 当地经济的不断发展 特别是当 地皮毛企业及朔黄铁路公司等相继建设与发展 将对当地经济进一步发展 产生更大的活力 同时 对于能源的需求量将不断增加 随着社会经济发 展逐步加快 对地热资源的需求更加迫切 本区地处冀中拗陷区 地热地 质条件良好 地热资源丰富 然而肃宁地热田的地热开发尚处在起步阶段 地热开发利用层次较低 管理粗放 影响了肃宁县县城地热资源的科学 经济 合理 有序的开发与保护 为避免盲目开采造成的失误和浪费 为科学合理开发肃宁县城区地热 资源提供科学依据 本研究小组在河北省地勘局第四水文工程地质大队与 肃宁县华硕地热开发有限公司有关人员的帮助下 开展了对肃宁县城区地 热资源研究工作 一 所做的工作 1 收集了肃宁地区地热资源方面资料 取得河北省地勘局水文四队 及当地有关单位的支持 并提供技术指导 2 到肃宁地区进行实地勘察 对肃宁地区地质构造和地热层进行了 解 到现有地热井处提取水样进行化验 并作不同用途的水质评价 为地 热资源评价 合理开发肃宁县县城地热资源提供科学依据 3 了解了肃宁地区经济发展情况 通过对已有地热开发井进行调查 研究获得地热发展与利用的相关资料与问题 4 搜集到各地区地热开发与利用的经验 并结合肃宁地区实地情况 2 提出地热利用可行性方案 5 在指导老师的帮助下对资料进行了整理 对现存地热开发对环境 所产生的问题进行统计 并提出地热资源可持续利用方案 为此 我们课题组全面收集了该区的物探 石油探井 水文地质 地 热等相关资料 进行了实地勘查 在综合研究基础上编写了肃宁县地热 资源开发与可持续利用报告 在项目研究过程中得到了河北省地勘局第四水文工程地质大队与肃宁 县华硕地热开发有限公司有关人员的大力支持和帮助 并得到了指导老师 的大力帮助和精心指导 在此一并表示衷心的感谢 二 以往地热资源研究程度 本区以往地热资源研究程度相对较低 与本区有关的研究成果主要有 1978 1982 年 河北省地质局水文地质远景区划组完成了 河北省地下热 水开采利用水文地质远景区划报告 该报告较细致地论述了区域地质 深部构造 平原区基岩地质 水文地质条件和地热地质 圈定了平原区地 热异常区范围 1988 年 科学出版社出版了由陈墨香等人编写的 华北地热 一书 该书对包括本区在内的区域地温场形成机制进行了分析 对地下热水形成 性质 开发利用进行了探索 圈画了浅部可开发的地热区 并将深部地热 作为开发利用远景区 1988 1989 年 沧州地区新能源办公室提交了 沧州地区地热资源调 查研究及开发利用对策报告 该报告给出了全区的地热水资源量 并对 全区地热水利用情况进行了调查 收集石油勘探井资料 265 眼 2001 年 河北省地勘局第三水文工程地质大队提交了 河北省地热资 源开发利用规划研究报告 该报告对包括该区在内的全省地热地质条件 3 进行了论述 计算了各热储地热资源 储量 并有针对性地制定了勘查和 开发利用规划 2002 年 沧州市国土资源局提交了 沧州市地热资源 十五 计划及 2015 年规划研究报告 该报告论述了全市的地热地质条件 估算了全市 各热储地热资源 并进行了勘查和开发利用规划 2003 年 华北石油管理局水电厂水文地质勘察工程大队提交了 河北 省肃宁县肃热 1 井地热地质勘查报告 计算了地热可采资源 确定了合 理井距和地热井保护范围 详见表 1 表 1 沧州市区域地热地质条件研究程度一览表 名 称 提 交 单 位 完成 时间 成 果 摘 要 河北省地下热水开 采利用水文地质远 景区划报告 河北省地质局 水文地质远景 区划组 1982 年 较细致地论述了区域地质 深部 构造 平原区基岩地质 水文地 质条件和地热地质 圈定了平原 区地热异区范围 华北地热科学出版社1988 年 该书对包括沧州市在内的区 域地温场形成机制进行了分析 对地下热水形成 性质 开发利 用进行了探索 圈画了浅部可开 发的地热区 并将深部地热作为 开发利用远景区 沧州地区地热资源 调查研究及开发利 用对策报告 沧州地区新能 源办公室 1989 年 给出了全区地热水资源量 并对 全区地热利用情况进行了调查 收集石油勘探井资料 265 眼 黄骅港开发区地热 田地质勘查可行性 研究报告 河北省地勘局 第四水文工程 地质大队 1997 年 勾画了地温梯度等值线图 1000m 和 1500m 深温度等值线 图 并对地热开发可行性进行了 论述和展望 河北省地热资源开 发利用规划研究报 告 河北省地勘局 第三水文工程 地质大队 2001 年 对包括沧州市在内的全省地热 地质条件进行了论述 计算了各 热储地热资源 储量 并有针对 性地制定了勘查和开发利用规 划 沧州市地热资源 十五 计划及 2015 年规划研究报告 沧州市国土资 源局 2002 年 论述了沧州市的地热地质条件 估算了沧州市各热储地热资源 并进行了勘查和开发利用规划 河北省肃宁县肃热 1 地热井单井勘查 报告 华北石油管理 局水电厂水文 地质勘察大队 2003 年 计算了地热可采资源 确定了合 理井距和地热井保护范围 4 二 区域概况二 区域概况 一 区域地理概况 肃宁县位于河北省沧州市西部 地形为冲积平原 地势自西向东北倾 斜 海拔 10 16m 气候属暖温带大陆性季风气候 年平均气温 12 年 平均降水量 560mm 境内有小白河 古洋河 于家河等排水河道 沧州 定州公路横穿本 县 朔黄 京九铁路从县城通过 交通便利 图 1 工作区位于肃宁县城区 地理坐标为东经 115 48 00 至 115 51 00 北纬 38 24 30 至 38 26 30 面积 13 6km2 图图 1 1 5 二 区域地热资源开发利用现状 肃宁县地热资源开发起步较晚 2004 年才打了第一眼地热开采井 但发展速度较快 主要用于供暖 供热水 洗浴 游泳娱乐 皮毛加工及 温室种植养殖等 下面介绍两个地热开发利用实例 1 肃宁县一中地热开采井 肃宁一中地热开采井为馆陶组地热井 井深 2250m 井口水温 81 涌水量 2760 m3 d 矿化度 1200 mg l 该地热井供暖面积 m2 其中暖气 挂片供暖面积 75000m2 待供暖回水温度降至 50 左右进行二级利用 供 地板辐射采暖和温泉洗浴 地板辐射采暖面积 65000m2 并供 5000 多师生 温泉洗浴和部分教职工家居供热水 采暖后的大部分地热尾水直接排放 2 肃宁县华硕地热开采井 肃宁县华硕地热 1 井为馆陶组地热井 井深 2274 4m 井口水温 82 涌水量 2640 m3 d 矿化度 1525 mg l 该地热井供暖面积 m2 带动了九 州 泉香等 13 家洗浴理疗中心 给两家洗毛厂供热水 地热水洗毛 色 泽鲜艳 手感好 质量高 并建了多个共计 1 万多平方米温室大棚 种植 蔬菜 花卉及药材 采暖后的大部分地热尾水直接排放于下水道 三 地热地质条件三 地热地质条件 一 构造特征 肃宁县城区在构造上位于冀中坳陷饶阳凹陷蠡县斜坡底部肃宁洼槽内 饶阳凹陷是一个东断西坡发育完整的大型单断凹陷 蠡县斜坡位于凹陷西 缘 基底是高阳大背斜的东翼 其内幕构造为东倾单斜 由元古界 下古 生界和中生界组成 沿潜山面地层出露上老下新 背斜轴部是蓟县系雾迷 山组 顺东坡而下 是寒武系 奥陶系 到坡脚有巨厚的中生界 潜山顶 面新生代地层各组层段沉积具全 没有典型的层层超复关系 单物源方向 6 来自西部太行山区 地层西薄东厚 碎屑颗粒西粗东细 砂岩比例西大东 小 断裂具有两期性 早期断层一般都没有穿过沙三段地层 晚期断裂发 育于渐新世以后 向下一般穿过沙一段 向上穿过馆陶组地层 活动规模 小 断距垂直落差一般在 50 200m 同生断层很少 断裂继承性差 肃宁城区基底为寒武系 西高东低 埋深 4800m 左右 处在斜坡底部 如 图 2 7 二 地层特征 本区发育有第四系 上第三系和下第三系 因本区主要热储层为上第 三系明化镇组 馆陶组热储层 所以下面由浅至深分层详述上第三系地层 特征 1 第四系 Q 底界深度 303 0m 401 0m 为黄灰色 灰黄色粘土夹灰白色砂层 与 下伏上第三系明化镇组呈不整合接触 2 上第三系明化镇组上段 Nm 上 底界深度 934 5m 1225 0m 为灰黄色 浅棕红色中 粗砂岩互层 泥质纯 性软 吸水膨胀 造浆性强 砂岩颗粒较粗 成岩性差 胶结物 少 呈散砂状 3 上第三系明化镇组下段 Nm 下 底界深度 1724 0m 1965 0m 岩性主要为棕红色 暗棕红色 紫红色 泥岩与浅灰色粗砂岩 含砾砂岩呈不等厚互层 泥岩质纯 性软 砂岩分 选较差 泥质胶结 疏松 岩屑呈散砂状 与馆陶组呈整合接触 4 上第三系馆陶组 Ng 底界深度 2300 2350m 为紫红色泥岩夹浅灰色 灰白色粗砂岩 含 砾砂岩 砂砾岩 底部为杂色砾岩 泥岩质不纯 性软 成岩性差 砂岩 含砾砂岩 砂砾岩 粒度自上而下逐渐变粗 分选性较差 泥质胶结 疏 松 砾岩成份以石英 燧石为主 砾岩坚硬 颜色混杂 分选差 泥质胶 结 疏松 三 地温场特征 肃宁地热田属沉积盆地传导型地热田 其热源来自地壳深处 区域大 地热流是本区的恒定热源 在地壳深部 热流平均分布 当进入地壳上部 8 后 在基岩凸起与凹陷构造格局的制约下 热流重新分配布局 在正向构 造与负向构造的交接转换部位 热流方向发生偏转 不再保持完全的垂直 向上 有从凹陷部位向凸起部位相对加大而在凹陷部位相对减弱的趋势 依据相关资料 见表 2 本区地温梯度一般 3 0 100m 西部地温较高 而东部较低 这与基岩埋深由西向东加深呈负相关 表 2 肃宁地区油井试油测温资料 井号测试深度 m 层位温度 计算地温梯度 100m 宁 493152Es1223 39 宁 443761 7Es1433 43 宁 44611 25Es1452 83 宁古 24951 48Jxw1653 04 宁 303233Es1203 27 四 热储层特征 本区热储层自上而下可分为上第三系热储层 下第三系热储层及基岩 热储层 上第三系热储层包括明化镇组和馆陶组两套热储层 是本区最具开发 价值的热储层 本区明化镇组热储层以上部第四系地层为盖层 属孔隙热储层 地层 底界深度 1724 0m 1965 0m 分为上 下两段 其砂层发育 岩性为灰白 色 浅灰色中 粗砂岩 含砾砂岩 1050m 1350m 层段砂岩厚度达 94 153m 表 3 孔隙度 30 根据区域资料 单井出水量 1200m3 d 水温可达 45 以上 矿化度在 1000mg l 左右 馆陶组热储层在冀中坳陷内普遍发育 岩性稳定 旋回性强 是本区 一个最重要的热储层 也是热流体的富集层 其具有埋藏适中 水温较高 出水量大的特点 该热储层以上部第四系和明化镇组地层为盖层 属孔隙 9 型热储层 岩性为浅灰色 灰白色粗砂岩 含砾砂岩 砂砾岩 砾岩 储 水砂层具有层数多 但单层厚度薄的特点 单层厚度 4 15m 一般 6 9m 底部砂层总厚 81 101m 不等 声波孔隙度一般 25 27 底砾岩 声波孔隙度偏低 一般 20 左右 本区馆陶组底界埋深 2300 2350m 根 据区域资料 单井出水量 1200m3 d 水温大于 80 矿化度小于 2000mg l 表 3 肃宁地区油井砂层厚度表 基岩热储层埋藏深 达 4800m 左右 构造复杂 勘探程度低 进行地 热开发投资高 风险大 目前经济技术条件下不适合进行地热勘探 而下 第三系热储层为东营组 沙河街组含水砂层 由于受沉积压实和断层发育 影响 造成断块分割 储层薄 物性差 产水量小 水矿化度高 利用价 值不高 四 地热资源概算四 地热资源概算 根据本区地热地质条件 对其地热资源进行概算 一 热储层单位面积可采热储存量计算 计算公式 Qr KmCr tr to 井号 宁 52 宁 49 宁 203 宁 44 宁 24 宁 35 宁 201 宁 13 宁 4 宁 608 明化镇组 1050 1350m 砂层厚度 m 1251351121531081001019894 馆陶组底部砂 岩厚度 m 85101879887100889810181 10 式中 Qr 热储层单位面积可采热储存量 KJ m2 K 热储层地热采收率 按规范规定 大型沉积盆地的新生代砂岩 当孔隙度大于 20 时 地热采收率定为 0 25 m 利用热储层厚度 m 本区明化镇利用热储层厚度取 100m 热水 井取水砂厚度 馆陶组利用热储层厚度取 90m 馆陶组底部砂岩平均厚度 tr 热储层地热平均温度 明化镇组热储层取 45 馆陶组热 储层取 80 to 地层常温带温度 本区取 15 Cr 热储层平均热容量 KJ m3 按下式计算 Cr c Cc 1 w Cw c 岩石的密度 w 水的密度 kg m3 Cc 岩石的比热 KJ kg Cw 水的比热 KJ kg 热储层岩石的孔隙度 岩石的比热 Cc 取 0 879 KJ kg 密度 c 取 2 6 103 kg m3 水的比热 Cw 取 4 1868 KJ kg 密度 w 明化镇组热水取 0 99023 103 kg m3 馆陶组热水取 0 97766 103 kg m3 明化镇组砂岩热储层平均孔隙度 取 30 馆陶组砂岩热储层平 11 均孔隙度 取 26 计算结果 Cr 明 2843 5 kg m3 Qr 明 2 13 106 KJ m2 Cr 馆 2755 4 kg m3 Qr 馆 3 90 106 KJ m2 二 研究区范围内可采热储存量计算 本地热区面积为 13 6km2 以此计算研究区范围内明化镇组利用热储 层可采热储层存量为 2 90 1013 KJ 馆陶组利用热储层可采热储存量为 5 30 1013 KJ 五 地热水水质评价五 地热水水质评价 本区明化镇组热水矿化度在 1200mg l 左右 热水的腐蚀性较小 适 宜农业灌溉及渔业用水 热水中有害成分含量远小于国家污水排放标准 馆陶组热水水质 下面按安宁小区地热井水质资料对馆陶组热水水质 进行评价 一 生活饮用水评价 以 GB5749 85 生活饮用水卫生标准 为依据对本井地热水进行生活 饮用水水质评价 评价结果氟化物 矿化度超标 因此不适宜直接作为生 活饮用水 见表4 二 饮用天然矿泉水评价 以 GB8537 1995 饮用天然矿泉水标准 为依据对本井地热水进行饮 用天然矿泉水水质评价 评价结果感官四项指标基本达标 九项界限指标 中锂 锌 溴化物 碘化物 硒未达标 锶 偏硅酸溶解性总固体均达标 限量指标中除氟化物超标外 其余均不超标 污染物指标达到标准要求 综上所述本井地热水不适宜作为饮用天然矿泉水开发 见表 5 12 表 4 水质检测与生活饮用水卫生标准对比表 项目单位指标检测值评价 色度 15 达标 浑浊度 5 达标 臭和味无无达标 肉眼可见物无无达标 PH 值6 5 8 58 1达标 总硬度mg l 25025 02达标 铁mg l 0 3 0 12达标 锰mg l 0 1 铜mg l 1 0 0 02达标 锌mg l 1 0 0 02达标 挥发酚类mg l 0 002 阴离子合成洗涤剂mg l 0 3 氟化物mg l 1 02 5超标 氰化物mg l 0 05 砷mg l 0 04 硒mg l 0 01 0 005达标 汞mg l 0 001 镉mg l 0 01 0 003达标 铬 六价 mg l 0 05 铅mg l 0 05 矿化度mg l10001171 40超标 Bq l0 10达标 Bq l10 16达标 表 5 水质检测结果与饮用天然矿泉水标准对比表 13 项 目单 位标 准 安宁小区 地热井 评 价 色度度 15 浑浊度度 5 臭和味 无无达标 感 官 要 求 肉眼可见物 无无达标 锂mg l 0 20 5 00 103未达标 锶mg l 0 20 5 00 292达标 锌mg l 0 20 5 0 0 02未达标 溴化物mg l 1 00 10未达标 碘化物mg l 0 20 0 500 02未达标 偏硅酸mg l 25 038达标 硒mg l 0 010 0 050 0 005未达标 游离 CO2mg l 250 界 限 指 标 溶解性总固体mg l 10001171 40达标 铜mg l 1 0 0 02达标 钡mg l 0 70 镉mg l 0 010 0 003达标 铬 六价 mg l 0 050 铅mg l 0 010 汞mg l 0 0010 0 001达标 银mg l 0 050 氟化物mg l 2 002 5超标 耗氧量mg l 3 0 硝酸盐mg l 45 0 0 04达标 限 量 指 标 226镭放射性 Bq l 1 10 亚硝酸盐mg l 0 005010 11镭水 氡Bq l3747 14129 5氡水 矿化度mg l 1000淡水1171 40 15 温度 34 温水83 四 农田灌溉用水 渔业用水评价 以 GB5084 92 农田灌溉水质标准 为依据对本井地热水进行农田灌 溉水质评价 评价结果水温 全盐量 氟化物超标 因此本井地热水不适 宜直接用于农田灌溉 以 GB11607 89 渔业水质标准 为依据对本井地热水进行渔业水质评 价 评价结果氟化物 铜超标 因此本井地热水对氟化物及铜处理后可发 展渔业养殖 尤其是喜温鱼种 见表 7 表 7 水质检测结果与农灌水 渔业用水标准对对比表 成 分单 位农灌水标准渔业用水标准 安宁小区 地热井 评价 水 温 35 83 超标 Ph 值5 5 8 56 5 8 58 1 全盐量 mg l 1000 1171 40 超标 氯化物 mg l 250 0 002 汞 mg l 0 001 0 0005 镉 mg l 0 005 0 005 0 003 铬 六价 mg l 0 1 0 1 铅 mg l 0 1 0 05 铜 mg l 1 0 0 01 0 02 超标 锌 mg l2 0 0 1 0 02 硒mg l0 02 0 005 氟化物mg l2 0 1 0 2 5超标 16 五 地热水腐蚀 结垢评价 1 热水腐蚀性评价 地热水温度较高 为中温热水 含有多种腐蚀性化学组分 往往对地 热利用设备和管材产生不同程度的腐蚀破坏作用 为研究本区热水的腐蚀 情况 根据拉申指数评价其腐蚀性 公式 LI Cl SO4 ALK 式中 LI 拉申指数 Cl 热水中氯化物或卤化物浓度 SO4 热水中硫酸盐浓度 ALK 总碱度 此三项均以等当量的 CaCO3 mg l 表示 计算结果 LI 0 799 当0 5 LI 3 0 时 有轻微腐蚀性 因此 本井 地热水具有轻微腐蚀性 利用过程中应注意管道及其利用设施的防腐问题 2 结垢评价 表 8 按锅垢总量及硬垢系数划分水质类型标准 按锅垢总量 Ho 按硬垢系数 Kn 指标水质类型指标水质类型 125锅垢很少的水 0 25具有软沉淀物的水 125 250 锅垢少的水 0 25 0 5 具有中等沉淀物的 水 250 500 锅垢多的水 0 5具有硬沉淀物的水 500锅垢很多的水 17 按锅垢总量 Ho 评价 Ho S C 36rFe2 17rAl2 200rMg2 59rCa2 Ho 锅垢总重量 毫克 升 S 水中悬浮物含量 毫克 升 C 胶体 SiO2 Fe2O3 Al2O3 含量 毫克 升 经计算 Ho 43 71mg L 属锅垢很少的水 按硬垢系数 Kn 评价 Kn Hn Ho Hn SiO2 20rMg2 68 rCl rSO42 rNa rK 括号内如为负值可略去不计 Hn 硬锅垢总量 毫克 升 SiO2 硅酸的含量 毫克 升 其它符号意义同前 经计算 硬垢系数 Kn 0 92 因此 具有硬沉淀物的水 综上所述 本地热水具有轻微腐蚀性 锅垢很少且具有硬沉淀物的水 六 地热开发利用可行性分析六 地热开发利用可行性分析 一 钻凿热水井的可行性 根据以上分析研究 本区蕴藏着丰富的地热资源 最具开发价值的热 储层为上第三系明化镇组及馆陶组热储层 在目前经济技术条件下 钻凿 该层段热水井是可行的 根据区域资料 本区明化镇组热水井单井出水量 1200m3 d 矿化度 18 1000mg l 左右 馆陶组热水井单井出水量 1200m3 d 矿化度 1500mg l 左 右 本区上第三系明化镇组及馆陶组热储层开发利用较少 其水位应处于 原始状态 根据区域特征 水位埋深在地表附近 二 地热井可采资源量计算 1 单井可采资源量计算 肃宁城区钻凿馆陶组地热井 3 眼 两井相距最近的为 1250m 则单井 地热开采影响范围半径按 625m 计 面积为 1 23 106m2 以此计算单井可 采资源量 按上面计算的热储层单位面积可采热储存量计算馆陶组热水井可采资 源量为 4 80 1012KJ 2 单井可开采量计算 计算热水井开采影响区面积为 1 23 106m2时 可采资源量为 4 80 1012KJ 按开采 100 年反求其平均日可开采量 公式为 Q采 Qw 36500 Cw tw t0 式中 Q采 热水井日平均可开采量 m3 d Qw 热水井开采 100 年所排放的总热量 KJ 为 4 79 1012KJ Cw 热水平均热容量 KJ m3 其值为 4 1868 103 KJ m3 tw 热水平均温度 为 80 t0 地层常温带温度 本区取 15 计算馆陶组热水井日平均可开采量为 483m3 d 因本区热水井主要为 19 供暖提供热水 按采暖期 120 天计算日平均可开采量为 1469m3 d 而热水 井设计涌水量为 1200m3 d 可保证开采量要求 三 经济效益分析 1 单井年利用热量计算 下面按馆陶组热水井平均日开采 482m3 水温 80 利用至 30 排放 计算年利用热量 公式为 Qy 365Q采CW tW t1 式中 Qy 年有效利用热量 KJ Q采 热水的开采量 m3 d CW 热水平均热容量 KJ m3 其值取 4 1868 103KJ m3 tW 地热水温度 t1 弃水温度 计算结果 Qy 3 31 1010 KJ 相当于 3162t 普通煤燃烧的有效热量 每吨普通煤燃烧的总热量为 20 934 106 KJ 燃烧值以 50 计 其经济 效益相当可观 2 单井供暖面积计算 按供暖期馆陶组热水井日开采 1200m3 水温 80 利用至 30 排放 计算本区热水井单井供暖面积 公式 20 F Q C tw t1 B F 供暖面积 m2 Q 热水井可开采量 m3 h 为 50 m3 h C 热水平均热容量 KJ m3 取 4 1868 103KJ m3 tw 入水温度 为 80 t1 回水温度 取 30 B 采暖指标 KJ h m2 直接供暖采暖指标为 180 KJ h m2 地板 热辐射采暖指标为 144KJ h m2 计算结果 馆陶组热水井直接供暖面积为 5 82 104 m2 地板热辐射 供暖面积为 7 28 104 m2 3 经济效益分析 下面仅就地热供暖的经济效益进行分析 首先进行投资回收期分析 投资回收期是指供暖工程项目建成后用获得的年净收益收回全部建设投资 所需的年限 采用投资锅炉与投资地热井相比较的方法 在供热相同的情 况下 对其进行对比研究 下面以馆陶组地热井为例进行计算 投资方案 基本数据见表 9 表 9 投资方案基本数据表 初始投资 万元 年收益 万元 年费用 万元 寿命 年 残值 万元 馆陶组井 A 202 4104 7658 230 年以上0 锅炉房85104 7687 3080 项 目 方 案 21 B 备注 供热面积馆陶井 A 取 4 07 104m2 按 18 元 m2收取供暖费 地热井投资方案 A 年费用包括水资源费 电费 人工费 维 修费 管理费等 根据经验供暖成本可按 10 元 m2计 锅炉房投 资方案 B 年费用包括燃煤费 电费 人工费 维修费 管理费等 若间断性供暖成本为 15 元 m2 若连续性供暖成本为 30 元 m2 本计算按间断性供暖考虑 考虑资金时间价值的动态回收期计算公式如下 Td lg 1 I0 i R lg 1 i 式中 Td 动态投资回收期 单位 年 I0 初始投资 单位 万元 R 年净收益 单位 万元 i 折现率 取 10 在馆陶组地热井项目投资中 i 10 I0 202 4 万元 R 46 56 万元 通过计算 Td 馆陶组井 4 08 年 在锅炉房项目投资中 i 10 I0 60 万元 R 17 46 万元 通过计算 Td 锅炉房 6 37 年 两种投资相比 地热井投资回收期小于锅炉房投资的投资回收期 而 且投资回收期后地热井每年净收益 46 56 万元 锅炉房每年净收益仅 17 46 万元 相差 20 多万元 而且地热井的使用寿命远大于锅炉 由此可 见 投资地热井的效益应远高于投资锅炉房的效益 七 地热开发环境影响评价七 地热开发环境影响评价 22 一 地面沉降 地面沉降是一个区域性的问题 过量地开采第四系松散层的浅层地下 水是沉降的主要原因 第三系地层因压实程度高 含水层孔隙度较小 其 地下水开采对地面沉降影响相对较小 据有关资料 天津塘沽地区开采第 三系地下水造成的地面沉降占总沉降的 10 左右 地下水年压力降 2 5m 时 引起的沉降为 2 4mm 在地下热水开发利用后 应做好监测工作 以利于保护环境 在将来 技术成熟 经济允许的情况下 可考虑钻凿回灌井 将地热尾水进行回灌 二 热废水排放对环境的影响 本区明化镇组地热水矿化度在 1000mg l 左右 馆陶组地热水矿化度 也小于 2000mg l 地热水中有害成分含量均小于国家允许最高排放浓度 且排放于污水中 因此 热废水排放不会对环境产生明显的不良影响 同 时 地热水利用后温度一般不高于 35 且直接排放于地下污水暗道中 因此不会造成热污染 三 地热开发利用的环境效益 据有关资料 每燃烧 1t 煤将产生 30kgSO2 9kg 氮氧化合物 7kg 煤 尘 300kg 灰渣 而利用地热资源将大量减少有毒物质 废弃物的产生 对改善生态环境及提高人民生活水平是非常有益的 总之 与其他能源 煤 石油等 相比 地热资源的开发对环境的影 响是非常小的 具有其他能源无法比拟的优越性 八 地热资源综合利用方案八 地热资源综合利用方案 地热资源集水 矿 热特性于一身 地热水应综合利用 梯级开发 不同温度的地热水有不同的用途 50 以上可以供暖 40 50 可浴用 矿泉浴疗 地板采暖 30 40 可用于土壤加温 温水游泳 20 30 可养 23 殖鱼类 养殖品种可有尼罗非鱼 淡水白鲳 草胡子鲶 甲鱼 牛蛙 河 蟹 对虾 甲鱼等水产品 并可做为景观用水 卫生用水 绿化用水等 馆陶组地热水梯级开发 综合利用方案见图 3 九 地热资源可持续开发利用对策九 地热资源可持续开发利用对策 一 制定并严格执行地热资源开发利用和保护规划 肃宁地热开发起步较晚 但现在地热开发在当地已成热门 为了科学 合理的开发地热资源 保证可持续利用 应搞好科学规划 合理布局 地 热资源的开发利用要在查明资源条件的基础上进行 要遵循 开源与节流 并举 和 开发与保护并举 的方针 科学合理规划 避免大规模过量开 采 密集开采 造成水位迅速大幅度下降等问题 二 贯彻 综合利用 梯级开发 的方针 24 洗浴 景观用水养殖用水卫生用水 种植供暖用水 地板供暖 挂片供暖 地热原水 绿化用水 回灌 处理 图 3 馆陶组地热水梯级开发 综合利用方案框图 加大地热综合利用和梯级 循环利用深度 针对传统的地热开发利用 中存在的单一利用且地热尾水大量排放所造成的资源浪费和环境的热污染 等问题 通过工艺上的改造和创新 改变地热供暖传统的设计方法 充分 利用地热资源的复合功能 在系统中增加生活洗浴 温泉游泳 矿泉理疗 等功能 如本地区 80 的地热水首先用于暖气挂片地热供暖 待供暖回水 温度降至 50 左右进行二级利用 供地板辐射采暖和温泉洗浴 当热水温 度再降低后 开始三级利用 搞特种养殖 养殖名 优 特 新的食用和 观赏鱼 最后 水温不足 30 的温水作四级利用 经热泵处理和兑加新水 25 后供种植园加热地温和灌溉用水 可做为景观用水 卫生用水 绿化用水 等 三 开展地热尾水回灌技术的研究和应用 通过回灌技术的研究和应用 把系统建成封闭循环形式 将进行完热 交换的水重新回灌到原来的储水层 水体与地层进行新热平衡后可在重新 提出来使用 由于地热资源生成年代的久远和只采不灌的模式 被认为是 不可再生的 回灌技术的应用 从某种意义上说 既可再生了水载体 也 再生了热能量 这样就改变了传统方式中将尾水体全部排放掉 最后造成 资源枯竭的局面 回灌技术的应用 不仅可以延长地热田的寿命 增加可 采热能量 起到保护资源的作用 同时也减缓地热尾水排放对生态环境的 影响及开采效应导致的地面沉降等 使系统成为一个循环利用 开发与保 护并举的良性系统 目前 肃宁城区地热开发刚刚开始 地热水位还较高 大多处在自流状态 地热回灌难度较大 大规模生产性回灌还存在一些技 术 经济上的难题 因此应开展回灌试验研究 待条件成熟后再大规模推 广 四 加强监测 地热资源开采过程中 应建立监测系统 定期对水质 水温 水量 水位进行长期动态监测 建立观测档案 为以后的开发利用打下基础 五 依靠高科技 建立示范区 推进地热产业化 科技进步与走产业化道路是地热资源可持续开发利用的方向 要采取 有效措施 不断将高科技应用与地热资源开发和保护的各个环节 如地热 综合利用和梯级利用技术 回灌技术 热泵技术 防腐和自控技术等的推 广应用 综合研究国内外地热资源开发利用的成功事例 大都经历了地热 资源勘察 建立示范工程 全面开发的过程 为更好地推广应用高新技术 行之有效的方法就是建设示范区和专项示范工程 推进地热产业化 进而 26 推动高新技术的应用 实现地热资源的可持续开发利用 十 结论与建议十 结论与建议 一 结论 通过实地调查和分析研究 对该区的地热地质条件 资源状况 开采 利用条件和开发利用现状有了比较清楚的了解 在此基础上提出了肃宁县 地热资源开发与可持续利用方案 得出一下结论 1 肃宁地区最具有开发利用价值的热储层是上第三系明化镇组和馆 陶组热储层 明化镇组热储层砂层发育 岩性为灰白色 浅灰色中 粗砂 岩 水温可达 45 以上 矿化度在 1000mg l 左右 馆陶组热储层岩性为 浅灰色 灰白色粗砂岩 含砾砂岩 砾砂岩 砾岩 水温大于 80 矿化 度小于 1500mg l 2 13 6km2研究区范围内 明化镇组利用热储层可采热储层存量为 2 90 1013 KJ 馆陶组利用热储层可采热储存量为 5 30 1013 KJ 3 明化镇组热水的腐蚀性较小 适宜于洗浴及医疗用水 农业灌溉 及渔业用水 热水中有害成分含量远小于国家污水排放标准 馆陶组热水 不适宜直接作为生活饮用水和饮用天然矿泉水开发 适宜于洗浴及医疗用 水 处理后可用于农田灌溉和渔业养殖 地热水属轻微腐蚀性 锅垢很少 且具有硬沉淀物的水 4 在目前经济技术条件下 肃宁城区钻凿地热井是可行的 馆陶组 热水井单井可采资源量为 4 80 1012KJ 可开采量为 1469m3 d 开发的经 济效益良好 5 地热开发不会对环境造成大的影响 热废水所含有害成分均小于 国家最高排放浓度 对环境影响较小 开发深层地下热水对地面沉降影响 微弱 6 该区地热资源集水 矿 热特性于一身 地热水除用于供暖外 27 还可进行洗浴 游泳 种植 养殖 也可做为景观用水 卫生用水 绿化 用水等 可综合开发 阶梯利用 7 回灌技术的应用 既可再生水载体 也再生了热能量 不仅可以 延长地热田的寿命 增加可采热能量 起到保护资源