呼和浩特地热能开发利用现状及前景分析

  地热能是指在当前的技术、经济和地质环境条件下能够科学、合理地开发出来的，地壳岩石中的热能量和地热流体中的热能量及其伴生的有用组分。地热能按温度可分为高温、中温和低温3类; 按储存方式可分为热水型、蒸汽型、地压型、干热岩型、岩浆型5 类，由于技术、成本等原因，目前人类开发利用的地热资源主要为热水型和蒸汽型; 按开采深度可分为深层地热能和浅表层地热能［3 － 4］。地热能可应用于直接发电、双循环发电，热水直接供暖，地源热泵，农业种养殖，工业热加工、脱水、干燥、盐回收，医疗，温泉旅游等，具有清洁、高效、储量巨大、分布广泛、持续稳定等优点。

 

  随着地热勘测、开采和应用技术的发展，地热能逐步得到应用推广，在优化能源结构，减少碳排放，实现可持续发展中发挥出越来越多的作用。

 

  1 呼和浩特地热能能源禀赋

 

  1. 1 地热地质条件

 

  呼和浩特地区位于呼包盆地东部边缘。呼包盆地位于华北台地北缘，属中新生代断陷盆地，且为阶梯式断陷盆地。该盆地呈长条状分布，基底埋深由中部向两侧变浅，区内无年轻的酸性岩浆岩，其热源主要来自地球内部，属于正常增温传导加热，局部有水热对流，地温梯度为3 ℃ /100 m。其中呼和浩特市区至哈素海一带具有储存地下热水的条件: 地下深2 800 ～ 3 000 m 处，有200 ～ 300 m 厚的大理岩层存在，大理岩中有丰富的溶隙溶洞，可以贮存大量的地下水，地下水沿断裂带经深部循环后，可被加热至90 ～ 100 ℃。据水文勘探资料，呼和浩特西瓦窑一带有地热异常显示，1999 年在内蒙古地质勘查局院内施工的地热孔( HＲ1) ，井底水温89 ℃。

 

  呼和浩特地区构造较复杂，断裂比较发育。根据重力、地震、航磁等分析，呼和浩特市区有构造断裂10 条，东西向或近东西向断裂为主要断裂，北东、北西向断裂为次要断裂，这些断裂构成了呼和浩特地区良好的地热通道。特别是由于北部距山前断裂较近，地层节理裂隙发育程度较好，更有利于地下热水储存。

 

  1. 2 地热储盖层

 

  呼和浩特地下热水主要是浅层地下水通过深大断裂向下补给，随着地温的增加水温逐渐升高。其盖层为第三系厚层泥岩和白垩系砂岩，泥岩对下部热能起到良好的保温作用，是本地区良好的盖层。

 

  1) 储层。

 

  太古界乌兰山群: 岩性为大理石、透闪大理岩及其他变质岩风化壳，其顶界面埋深2 300 ～3 400 m，目前在市区未揭露。

 

  下元古界二道洼群: 岩性为橄榄大理岩、石英大理岩，呼和浩特市大理岩顶板、厚度与裂隙发育区主要分布在乌素图沟以东、如意河以西的市区中北部，顶界面埋深1 700 ～ 2 800 m，底界面埋深2 300 ～ 3 400 m，厚度400 ～ 600 m，含水层一般有6 层，累计厚度60 ～ 100 m。

 

  2) 盖层。

 

  中生界上侏罗统: 工作区内广泛分布，岩性为岩屑、晶屑凝灰岩、碎屑岩、火山角砾岩、泥岩、钙质砂岩。顶板埋深1 500 ～ 2 600 m，底板埋深1 700 ～ 2 800 m。

 

  中生界白垩系: 工作区内广泛分布，岩性为砂质泥岩、泥质砂岩、泥岩，局部夹薄细砂层。

 

  1. 3 地热流体评价

 

  呼和浩特地区的中温热矿水为含有多种有益微量元素复合型矿水，矿化度较高，为16. 16 g /L;pH 值为6. 85。其中铁离子含量较高，达66. 18mg /L，铁、锶、氟、偏硅酸4 项指标达到了医疗矿泉水命名标准，溴、锂、锰、偏硅酸、二氧化碳5项指标达到矿泉水浓度标准。氯离子含量7 699mg /L，硫酸根离子622 mg /L，钠离子含量4 680mg /L，含盐量较高。

 

  根据农田灌溉用水主要限定标准，该区地热水不适宜用于灌溉。参照工业上用腐蚀系数和锅垢总量对其腐蚀性及结垢性进行评价，该区地热水不能直接用于采暖，应通过热交换等其他方式用于供暖，热源一侧设施要做好防腐处理。

 

  1. 4 地热能综合评价

 

  1) 呼和浩特地区深层热水资源丰富。从开采深度看属于亚经济型地热资源，从水温看属于中、低温地热资源。可能的应用方向有: 中、低温双循环发电，水源热泵采暖、制冷，工业干燥、脱水加工，农业种养殖业应用，温泉医疗旅游。

 

  2) 从地热流体评价来看，呼和浩特深层热水属高矿化水质，在开发应用时，必须考虑到尾水污染和设备腐蚀的问题。在回灌技术成熟之前，不建议大规模发展水源热泵或其他深层地下水直接应用的项目。

 

  3) 呼和浩特地区浅层地热发展空间广阔。常温带温度梯度小，地下100 ～ 200 m 处与地表温差显著，适合发展地源热泵空调，可以有效减少建筑物终端能耗。

 

  2 地热能利用现状及存在的问题

 

  2. 1 地热能利用现状

 

  近年来，呼和浩特政府开始重视地热能特别是浅表层地热能的开发利用，但尚处于起步阶段，主要应用于温泉旅游和地源热泵空调，前者受资源分布影响，主要集中在呼市—哈素海一带，后者只在个别建筑项目中进行了示范，都还没有实现系统化和产业化。据不完全统计，全市共有3 口地热井进行了不同程度的开发: 1 个在呼和浩特市呼伦贝尔南路147 号的水月城温泉大酒店，另外2 个在呼和浩特东65 km 土默特左旗境内哈素海旅游区，年开采量约13. 28 万m3，开发项目主要是温泉旅游。同时有财政大厦、伟业大厦、机动车及驾驶人管理中心( 车管所大楼) 、内蒙古发改委办公大楼发展大厦等9 个采用地源热泵空调技术的地热采暖示范项目。这些地热开发应用项目已经取得了一定的经济、社会和环境效益。

 

  2. 2 存在的问题

 

  1) 与风能、太阳能、生物质能等新能源相比，地热资源存在认识不足、应用有限的问题。

 

  2) 地热地质资料不全面，基础工作差。目前呼和浩特地区地热资源勘查技术手段单一，空白区域的前期勘查精度较低。地热地质和地热钻探技术发展速度缓慢，特别是复杂地层存在钻探效率低、成本高等问题。

 

  3) 管理混乱。浅层地热能开发属于哪个部门

 

  监管和审批，呼和浩特尚未明确。而相比之下，北京、天津、沈阳等地都设有专门的“地热资源管理办公室”对地热能开发开采进行统一管理。

 

  4) 开发方式单一，技术水平低。地下热水开

 

  采大都用于温泉旅游，洗浴后直接排放，造成热能浪费的同时也造成了矿化水污染，还存在局部过度开采、地下水位下降等地质环境问题。

 

  3 地热产业发展的SWOT 分析

 

  国家功能区划把内蒙古自治区作为重要能源基地，呼和浩特市作为内蒙古自治区的政治文化中心，有责任发挥其示范和辐射作用，走出一条可持续的城市发展之路。尽管处于起步阶段，发展中也存在很多问题，呼和浩特的地热能产业发展有新能源政策、地域环境等方面的优势，具有十分广阔的前景，可以说是优势与劣势同在，机会与挑战并存。对呼和浩特市地热能产业发展进行SWOT 分析。

 

  4 建议

 

  1) 重点发展浅表层地热能的开发利用。

 

  积极推进地热源热泵技术，对具有供热或空调需求的建筑，推广采用热泵冷热联供系统和回收余热的热泵热水系统，逐步提高热泵系统在城市供热中所占比例，市、区政府投资的养老院、医院、学校等单位的建筑，制冷供热系统优先选用地源热泵系统。

 

  2) 拓展地热能在农业和工业的应用。把地热应用引入到温室建造，发展地热采暖大棚; 利用地热给沼气池加温，提高沼气的产量; 还可以利用地热大力发展养殖业，如培养菌种，养殖水产等，都具有十分广阔的前景。

 

  地热能在工业领域里的用途也很广泛，它可以用于烘干和蒸馏过程，用于简单的工艺供热、制冷，或者用于各种采矿和原材料处理工业的加温和除冰。在生产过程中，由于节省了软化水处理费，也相应降低了产品的成本。在某些情况下，地热流体本身也是一种有用的原料，具有工业利用价值。

 

  3) 加大技术投入。重点加强地热能源资源勘查开发核心技术的研究，特别是超深层地热资源勘查技术与钻探工艺。加快科技创新，通过技术进步降低成本，促进地热能推广应用。鼓励对浅层地热能勘查评价及地源热泵系统各项技术的研发及相关理论的研究，对于有突破性进展的科研成果制定足够吸引力的奖励政策。凝聚科研队伍，制定相关政策，积极从国内外引进人才，充实呼和浩特地热能开发利用的科研、开发、工程设计、市场开发等方面的高级人才队伍，尤其鼓励引进具有研究基础和技术积累的研究团队。

 

  4 ) 统一管理，完善制度。成立专门的部门或机构对地热能开发进行监管，出台地热资源规划、管理办法、条例和优惠政策。制定《呼和浩特市地下水地源热泵取水回灌规定》、《呼和浩特市地下水源热泵抽取回灌地下水对建筑物沉降影响评价》、《地热能开采环境影响条例》等，对可能引起大气、水污染和高矿化水土壤污染的地热开发项目要谨慎对待，为科学、安全地推进地源热泵技术应用工作提供保障。

 

  5) 加强国际合作，推动呼和浩特地区地热能的开发应用。加强技术引进，利用国际合作机制，拓展地热能开发的融资及国际先进技术的转移途径，如共建可再生能源技术转移和创业的国际化载体，利用清洁发展机制，利用国际基金组织的可再生能源发展基金。