马鞍山市博望区的浅层地热能开发利用及影响研究

当前，浅层地热能主要应用在供暖和制冷环节，由于使用过程中不会产生污染物，国家越来越重视对浅层地热能的开发。本文主要探讨马鞍山市博望区的浅层地热能开发利用工作。

1. 浅层地热能开发利用的主要特点

浅地层的热能主要指地表层200m深度范围的热能源，该能源的形成主要是由于地球梯度温度提升以及太阳辐射。浅层地热能资源具有着温度适宜、常年温度恒定、可再生以及可循环利用等特点，具有较高的开发利用价值，当前的浅层地热能储量十分丰富，为开发利用提供更多可能。

2. 工作区的热响应测试

本次研究的浅层地热能开发项目为马鞍山市博望区浅层地热能开发利用工程，结合项目设计要求，本工程在现场的工作区开展热响应测试，共设置三个测试孔，热响应测试目的是对开发地区的浅层地热能储量进行评价了解，以便提出有效的开发利用意见，具体测试包括以下两个步骤。

2.1 进行热响应测试孔的合理布置

测试孔布置数量为3个，在成孔过程中采用钻探取芯方式，总进尺距离达到300 m，三个孔都分别下入管长为100 m，埋管深度为98 m，管直径为25 mm的单U形式HDPE管，三个孔号分别为DR01、DR02以及DR03,DR01和DR03号孔先进行热响应测试，时间为2017年5～6月，DR02号孔后进行热响应测试，时间为2018年5月。整体热响应测试的方案为：测试岩土体的初始温度、进行3kW的稳定热流测试、进行6kW的稳定热流测试、开展冬季7℃的稳定工况测试。

DR01号孔主要进行了岩土体初始温度测试、3kW和6 kW的稳定热流测试，测试工作中孔深设定为100 m，埋管形式为单U，埋管直径为25 mm，埋管深度为98 m；与DR01号孔相比，DR02号孔额外增加了冬季7℃的稳定工况测试工作，测试工作中孔深设定为100 m，埋管形式为单U，埋管直径为25 mm，埋管深度为98 m;DR03号孔开展的热响应测试与DR02号孔相同，具体包括冬季7℃的稳定工况测试、岩土体初始温度测试、3 kW和6 kW的稳定热流测试，测试中的孔深同样为100 m，埋管形式为单U，埋管直径为25 mm。埋管深度设定为98 m，三个孔的钻孔编录均为岩芯编录。

2.2 开展场地岩土热响应测试

从现场勘察结果来看，三个测试孔的钻孔深度一致，均为100 m，孔直径根据管型号可知为25 mm，根据热响应测试结果来看，在测试时间段内，DR01号孔的岩土体平均初始温度为18℃，DR02号孔的岩土体平均初始温度为18.4℃，DR03号孔的岩土体平均初始温度为18℃。图1为DR01号孔的岩土体平均初始温度曲线；图2为DR01号孔的岩土体平均初始温度测试流量曲线。

在进行3kW的稳定热流测试时，DR01号孔的岩土体导热系数为2.212W/m·K,DR02号孔的岩土体导热系数值为2.407W/m·K,DR03号孔的岩土体导热系数为2.589W/m·K；在进行6kW的稳定热流测试时，DR01号孔的岩土体导热系数为2.666W/m·K,DR02号孔的岩土体导热系数为3.006W/m·K,DR03号孔的岩土体导热系数为2.909W/m·K。通过计算可知，DR01、DR02以及DR03号孔的平均岩土体导热系数分别为2.439W/m·K、2.707W/m·K以及2.749W/m·K。

建筑物在建设时，若是推进开发利用浅层地热能，建议实时进行能效及地热变化的监测，尤其是重视监测热泵系统实时运行过程中，对场地地质环境以及地下温度场产生的影响，对于能效的消耗情况及时掌握并做好记录，后续会作为调节热泵系统运行条件的重要依据。图3为热响应测试的系统原理。

3. 浅层地热能开发利用要点

近些年，国内有关浅层地热能的开发利用项目越来越多，趋向于市场化推动，但由于目前有关浅层地热能开发资源调查不充分、评价机制较滞后以及研究颇为薄弱，仍旧有许多开发利用地区存在发展不足。此外，还有一些地区的开发利用过于超前，家底不清晰，导致影响城市规划与管理，在浅层地热能资源开发的勘察技术标准与测试技术方面也缺乏完善性，而浅层地热能在开发之后也缺乏长期监测机制，导致对地质环境变化产生影响不明晰，缺乏数据支持。基于上述原因，城市的部分工程项目出现了设计不严谨、施工不规范、水资源浪费、水质污染扩散、热污染、地下水回灌效果差以及地面沉降等问题，严重情况还包括工程失败、效能低下以及达不到预期效果等。

根据项目所在地区的气候条件可知，较为适宜进行浅层地热能的开发与利用，具有地质条件简单的特征，不容易产生热污染问题。本地区对浅层地热能具有较大需求，但对于热泵系统的设计、资源勘察评价以及地质环境影响监测和管理等方面也要重视，浅层地热能开发利用过程中还需把控以下三项要点。

一是积极推进环境响应检测工作，对地热能的开发与利用会对原有地下热产生影响，打破原有结构的平衡，温度场也会发生改变，间接影响地下微生物以及地下水，为了把控开发利用的质量，还需明确调查地表温度效应，同时建立长期的监测机制，以机制系统的数据为基础制定开发规划。

二是重视对开发市场的监督，目前的浅层地热能开发项目越来越多，市场规模逐渐扩大，而部分单位在实施项目时，存在主管部门分工不合理、不明晰，给开发市场的监督带来不利影响，甚至是出现监管缺位。再加上一些项目工程的设计、勘查以及施工等任务的准入限制不足，工程验收标准也不够完备，要求设置不合理，致使开发中出现资源浪费，达不到理想状态，为此，一定要重视对开发市场的监督和管理，重点着手于规范项目实施标准和验收标准，还要保证分工明确、责任落实到位。

三是完善开发利用方案，先是要对实际开发的适宜性进行分析，该适宜性主要由地质条件、施工条件以及市场经济条件决定，分析浅层地热能产生原因，主要是因为夏季与冬季外部环境温差大，而地层中的温度比较恒定，会产生反向温差，这种自然形成的条件导致浅层地热能从某种程度上来说，具有取之不尽、用之不竭的特点，伴随热泵技术水平的提升，其开发利用的前景更好，有长期使用的价值。但任何资源在开发方面都要对强度进行限制，尤其是可再生类资源，要做好勘察资源工作。浅层地热能事实上是存在于隐蔽地质体中的一种无形资源，在开发利用方案设计时，需要充分考虑地质条件，在地质条件资料获取中，应当选择专业的勘查手段，从而做好适宜性评估分析工作。其次，还要对浅层地热能开发利用对地质环境产生的影响进行研究，在此基础之上，进一步构建管理浅层地热能开发的信息系统，方便于未来长期实现浅层地热能资源的规划、开发利用以及综合管理，获取更多效益，不限于经济效益，还包括环境效益。

4. 浅层地热能开发利用的建议

4.1 因地制宜，合理开发

我国地域辽阔，各个地区在地质条件与气候方面具有很大差异，浅层地热能资源不相同，在进行开发利用过程中，需充分考虑这些地域差异，严格做到因地制宜，在本开发项目中，对马鞍山市博望区的地质环境与气候条件进行了充分了解，同时将适宜进行开发的区域细致划分，明晰热系统参数范围，大力推广浅层地热能项目，并有效推进项目，对于地质条件与水文条件优质的区域应当加强开发利用，而地质条件不太理想的区域则可先开展试点工作，获取开发经验，提升项目推进的稳妥性。

4.2 强化技术能力，提升开发水平

浅层地热能的开发利用水平与技术能力有着直接联系，一般采用换热技术进行开采，要保证该技术的高效。当前，国家能源局十分重视高效换热技术与井下换热技术的研发，其成为浅层地热能开发利用的重点。除此之外，在开发过程中还要保证整体系统具有节能性，要优化地热泵机组运行性能，提升运行质量，从目前的市场情况来看，国内地热泵机组还不够成熟，产品质量不高，可积极引进国外先进技术，并提升国内自主研发的质量，保障浅层地热能开发利用效益。

4.3 加强浅层地热能的开发利用管理工作

推进浅层地热能开发利用，还需进一步加强开发利用的管理工作，应当对其监督管理大力支持，尤其是生态环境、水利部门以及自然资源部门等，协调配合浅层地热能的开发利用工作，促进项目顺利实施，保证各部门通力合作，提升浅层地热能开发规划水平。还可建立地热能开发利用的信息共享平台，便于各部门信息有效流通，避免出现地热能开发的不规范行为。除此之外，还应当对勘察、设计以及施工完善管理制度，制定监督应对方法，促进浅层地热能开发利用。

综上所述，对浅层地热能的开发有利于提升我国能源利用率，推动可持续发展。由地大热能整理分析可知，浅层地热能开发利用应当做到因地制宜、合理开发，同时强化技术能力，提升开发水平，还要加强浅层地热能的开发利用管理，从而提升开发利用效率。