金 光

(陕西省地质调查中心，陕西 西安 710086)

渭南市浅层地热能开发利用现状及效益分析

金 光

(陕西省地质调查中心，陕西 西安 710086)

浅层地热能作为清洁的可再生的能源，是国家大力探索和发展的新能源。渭南市地处陕西关中盆地东部，具有丰富的浅层地热能资源，在浅层地热能地下水源热泵系统和地埋管地源热泵系统利用方面具有得天独厚的优势，通过对渭南市浅层地热能开发利用现状进行分析，提出应改善和优化渭南市建筑用能结构，大力推广地源热泵工程，根据不同区域采用地下水源热泵和地埋管地源热泵两种不同方式加大对渭南市浅层地热能的开发利用，以期产生良好社会效益和经济效益。对缓解渭南市持续雾霾天气具有重要意义。

渭南市；浅层地热能；适用性广泛；资源量巨大；社会经济效益显著

浅层地热能是赋存在地球表层岩土体中的低温地热资源，是一种新型的优质清洁能源，具有可再生、分布广、储量大、清洁环保、经济实惠、安全性强和可用性强等特点。它是地球浅表层数百米内(<200 m)的土壤岩石和地下水中所蕴藏的一种低温热能，其能量主要来源于太阳辐射和地球梯度增温。与深层地热相比，浅层地热能分布广泛、储量巨大、再生迅速、采集方便、开发利用价值更大。浅层地温能利用系统具有绿色环保、高效节能、运行成本低、可持续利用、技术成熟、不消耗地下水等特点，应用前景广阔，尤其对缓解当前入冬以来渭南市持续雾霾天气具有重要意义。

1 地貌地质概况

1.1 地貌概况

渭南市地处关中盆地东部，地势由南北两侧渭河阶区向中间河谷漫滩区呈阶梯状降落(图1)，由南向北依次表现为渭河南岸三级阶地—渭河南岸二级阶地—渭河南岸一级阶地—渭河南岸漫滩—渭河—渭河北岸漫滩—渭河北岸一级阶地。区内主要河流为渭河，自西而东纵贯全区，其南岸支流有零河、沋河、赤水河、遇仙河等，支流都呈南北向平行分布，塑造了起伏不平的地貌形态。

1.2 地质概况

渭南市200 m以浅地层全部为第四系更新统和全新统地层。

1)第四系全新统上部冲积层(Q42al)分布于渭河河床及漫滩地带。岩性：上部为粉质砂土；下部为含砾中粗砂，粒度不均，分选性较差，总厚约29～33 m。

2)第四系全新统上部洪积层(Q42pl)分布于渭河南岸冲洪积扇区。岩性主要为砂质粘土夹砂卵砾石层，一般厚4～15 m，局部可达20 m。

3)第四系全新统下部冲积层(Q41al)分布于渭河两岸一级阶地，埋藏于河漫滩之下，构成一级阶地之主体。岩性主要为中粗砂层夹粉质粘土，厚度稳定，厚约80 m。

4)第四系更新统上部冲积层(Q32al)分布于二级阶地，埋藏于一级阶地及河漫滩之下，构成二级阶地之主体。该层顶面埋深一级阶地及漫滩74-96m，二级阶地为10～24 m。岩性变化较大，自南向北粘性土逐渐减少，砂层厚度增大。顶部为一层厚4～20 m砂质粘土，连续性好，层位稳定，透水性弱，是承压水较好的隔水顶板。主要岩性是砂质粘土与中粗砂、细砂互层，总厚度40～134 m。

5)第四系更新统上部风积层(Q3eol)分布于渭南市南侧，渭河二、三级阶地表面，厚度约23 m，以粉粒为主，土质较均，虫孔、针孔发育，下含蜗牛壳。夹一层古土壤，棕色，较密实，具团粒结构，含空隙及根孔，见钙斑钙丝。

图1 地貌图

2 浅层地热能开发利用现状

渭南市浅层地热开发利用与省内其它地区相比稍有滞后。渭南市目前浅层地热能开发利用方式主要为地下水水源热泵形式，开发利用深度为120～210 m。浅层地温能技术总供暖面积约14.6万 m2，占2015年总供暖面积695万 m2的2.1%。近年来，市政府为改善和优化渭南市建筑用能结构，加快大气污染治理工作进度，大力推广地源热泵工程的开发利用。渭南市浅层地热能利用工程有2家，总供暖面积约13.6万 m2。目前有另外两处水源热泵工程正在建设当中。

3 开发利用中热泵形式分析

3.1 地下水源热泵

由于水文地质特征的差异，地下水地源热泵适宜性也明显不同，适宜性分区如下：

地下水地源热泵适宜区：分布于评价区中部渭河漫滩，含水层岩性为砾砂、含砾中粗砂和粉质粘土构成，地层导水性好，为双层结构含水层(潜水和承压水)，富水性强，单位涌水量为10～30 m3/h·m，适宜地下水抽灌，该区面积为61.14 km2，占评价区总面积的22.23%。

地下水地源热泵较适宜区：分布于评价区内渭河北岸一级阶地和渭河南岸阶地及冲洪积扇等地区，含水层岩性为第四纪全新世冲积层砾砂、中砂、粗砂、粉土和粉质粘土。该地段地下水的抽灌条件相对较好，富水性为中等-弱，单位涌水量为1～10 m3/h·m，该区面积为196.60 km2，占评价区总面积的71.48%。

地下水地源热泵不适宜区：主要分布于评价区南部黄土覆盖的三级阶地。地层岩性主要为更新统风积黄土、粉质粘土夹少量薄层砂土。该区域地下水富水性弱，地层导水性差，单位涌水量为1～5 m3/h·m，不适宜开展地下水地源热泵工程。地下水地源热泵不适宜区面积为10.93 km2，占评价区总面积的3.98%。

3.2 地埋管地源热泵

由于岩土体的热物理性和水文地质特征的差异，地埋管地源热泵适宜性也明显不同，适宜性分区如下：

地埋管地源热泵适宜区：分布于评价区渭河漫滩和一级阶地区。地层主要为粉质粘土及中粗砂层，该区域地层导热系数高，单孔换热功率大，很适合地埋管地源热泵工程建设。该区总面积为235.83 km2，占评价区面积的85.74%。

地埋管地源热泵较适宜区：分布于评价区内渭河以南一级阶地后部的近代冲洪积扇及渭河的二、三级阶地。该区域地层导热系数较高，单孔换热功率较大，钻孔施工较容易，该区面积为32.84 km2，占评价区面积的11.94%。

4 浅层地热能可利用资源量预测分析

浅层地热能资源评价深度以地表以下120 m和200 m两个深度进行评价。评价区3～120 m深度范围内总热容量为7.07×1013kJ/℃，合1.96×1010kWh/℃，取可利用温差为5℃，浅层地热能资源储量为3.53×1014kJ，合9.81×1010kWh；地表以下3～200 m深度范围内总热容量为1.18×1013kJ/℃，合3.27×109kWh/℃，取可利用温差为5℃，浅层地热能资源储量为5.9×1013kJ，合1.63×1010kWh。

单独利用地下水地源热泵时，考虑土地利用系数冬季可供暖功率为1.71×106kW，可供暖面积为2.30×107m2，整体供暖潜力为8.80×104m2/km2；夏季制冷功率为3.42×106kW，可制冷面积为3.30×107m2，整体制冷潜力为1.18×105m2/km2；

单独利用地埋管地源热泵，考虑土地利用系数，冬季供暖可利用功率为6.17×106kw，可供暖面积为8.28×107m2，整体供热潜力为3.08×105m2/km2；夏季制冷可利用功率为1.08×107kW，可制冷面积为1.04×108m2，整体制冷潜力为3.88×105m2/km2；

综合地埋管和地下水地源热泵适宜区面积268.67 km2。冬季综合换热功率总值为4.73×106kW，供暖面积为6.35×107m2，整体供暖潜力为2.36×105m2/km2；夏季综合换热功率为8.41×106kw，制冷面积为8.13×107m2，整体制冷潜力为3.03×105m2/km2。

5 社会经济效益评价

5.1 节省传统能源量大

按浅层地热能开发利用效率为35%计算节约量，采用地下水水源热泵系统开发浅层地热能每年可节约标准煤7.4万 t；采用地埋管地源热泵系统开发浅层地热能节约标准煤24.6万 t；综合利用开发浅层地热能节约标准煤19.1万 t。

5.2 可替代传统能源量价值

依据《全国重点城市浅层地温能调查评价及编图技术要求》，一吨标准煤的价格为350 元/t，由此可计算出采用地下水水源热泵系统开发浅层地热能资源可折合人民币2.60亿元；采用地埋管地源热泵系统开发浅层地热能资源可折合人民币8.6亿元；综合利用开发浅层地热能资源可折合人民币6.65亿元。

5.3 环境效益显著

开发利用浅层地热能不仅替代了常规能源，还在很大程度上改善了环境质量减少了常规能源使用带来的环境污染，通过计算当利用率为35%时：

采用地下水地源热泵系统开采浅层地热能资源每年可减少排放二氧化碳为177万 t、二氧化硫为1.26万 t、氮氧化物为0.45万 t、悬浮质粉尘为0.6万 t和灰渣为7.42万 t，减少环境治理费2.09亿元；

采用地埋管地源热泵开采浅层地热能资源每年可减少排放二氧化碳为588万 t、二氧化硫为4.19万 t、氮氧化物为1.48万 t、悬浮质粉尘为1.97万 t和灰渣为24.6万 t，减少环境治理费6.95亿元；

综合利用浅层地热能资源每年可减少排放二氧化碳为455万 t、二氧化硫为3.24万 t、氮氧化物为1.14万 t、悬浮质粉尘为1.52万 t和灰渣为19.1万 t，减少环境治理费5.38亿元。

[1]陕西省地质调查中心.渭南市浅层地热能调查评价.2014.

[2]陕西省地质调查院.陕西省主要城市浅层地温能开发区1:5万水文地质调查.2015.

[3]陕西省地质调查中心.陕西省关中盆地地下水资源调查与保护报告.2012.

2017-02-22

金光(1982-)，男，陕西咸阳人，工程师，主要从事水文地质、环境地质和工程地质工作。

P314.1

B

1004-1184(2017)04-0069-02