地熱成因
地球深部是什么樣子？凡爾納的科幻小說《地心游記》，將地球內(nèi)部描寫的光怪陸離，有波濤洶涌的大海、巨大的蘑菇林和攝人心魄的巖漿崩裂等等。自古以來地球內(nèi)部就是一個神秘的存在。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，對地球內(nèi)部的不斷深入探索，它逐漸清晰的呈現(xiàn)在人類面前。
現(xiàn)實中的地球本身就像一個大鍋爐，深部蘊藏著巨大的熱能。在地質(zhì)因素的控制下，這些熱能會以熱蒸汽、熱水和干熱巖等形式向地殼的某一范圍聚集，如果達到可開發(fā)利用的條件。就成為了具有開發(fā)意義地熱資源。
一般來說，越往地下溫度越高，從地球表明往下正常增溫梯度是每1000米增加25-30攝氏度，在地下約40公里處溫度可達到1200攝氏度，據(jù)科學(xué)家推測，地球中心溫度可高達6000攝氏度！地熱就是地球內(nèi)部蘊藏的能量。
地熱家族
地熱資源包括淺層地熱能、水熱型地熱資源和干熱巖資源，三者構(gòu)成了地熱大家族。其中靠近地表的是淺層地熱能，它的熱量來自地球表層、地球內(nèi)部傳導(dǎo)或者對流的熱量以及太遠能輻射的熱量，儲存于地下200m深度范圍內(nèi)的水體、土體和巖石中，溫度低于25℃，采用熱泵技術(shù)可提取用于建筑物供熱或制冷等；其次是家族里的中流砥柱—水熱型地熱資源，是指賦存于天然地下水及其蒸汽中的地熱資源，它是通過地下水在巖層空隙中吸收的熱量，儲層在深部巖層中的空隙中，溫度一般不低于25攝氏度；最后提到的必須是地熱家族中潛力巨大的干熱巖資源，主要埋藏于距地面3—10千米的高溫巖體，一般溫度大于180攝氏度，內(nèi)部含流體或僅有少量地下流體的高溫巖體。三種類型從淺部到深部，共同構(gòu)成了整個地熱家族。
圖1 淺層地熱能示意圖
圖2 水熱型地熱資源成因模式
地熱用處
地熱資源的用處很多，從最簡單的溫泉洗浴，到復(fù)雜的地熱發(fā)電。地熱資源利用方式多種多樣，一般根據(jù)地熱流體的溫度不同進行分類，大于150攝氏度的高溫地熱可以用來發(fā)電、烘干和采暖；90攝氏度到150攝氏度的中溫地熱資源，可以用來烘干、發(fā)電和采暖；低溫地熱資源中，60攝氏度到90攝氏度的熱水可以用來采暖、理療、洗浴和溫室，40攝氏度到60攝氏度的溫熱水可以用來理療、洗浴、采暖、溫室和養(yǎng)殖，25攝氏度到40攝氏度溫水的可以用來洗浴、溫室、養(yǎng)殖和農(nóng)灌。
圖3 地熱資源開發(fā)利用方式
在這些利用方式中，應(yīng)用最為廣泛的是“地熱供暖”。地熱供暖的優(yōu)勢在于綠色環(huán)保、一機兩用、安全可靠、運行和維護費用低。
要進行供暖，首先需要把地底下的“熱”給取出來，地球內(nèi)部儲存熱的介質(zhì)有水和地層。在地熱供暖過程中，一般利用熱儲層中的熱水。用開采井抽取地下熱水，經(jīng)過前期處理后輸送到換熱站，將熱水的熱量從換熱站提取出來。換熱后的熱水通過回灌井回灌到地下熱儲層，在儲層內(nèi)重新升溫變成熱水。也就是通過水作為載體，先開采、再回灌，取熱不取水，在開發(fā)利用的同時，保障資源的可持續(xù)性。
我國地熱資源分布廣泛，服務(wù)國家重大建設(shè)
地熱資源的環(huán)?？沙掷m(xù)性，可以為節(jié)能減排、霧霾防治提供綠色清潔能源保障。我國地熱資源分布廣泛，現(xiàn)有地熱開采井5818眼，溫泉2334處，中低溫資源年可開采量折合標準煤18.5億噸，可為11億家庭提供清潔供暖。主要用于供暖、種植、養(yǎng)殖和旅游療養(yǎng)等，發(fā)電潛力150萬千瓦。西南地區(qū)高溫地熱資源發(fā)電潛力為712萬千瓦，夠一個家庭用電4700年。年可開采量折合標準煤1530萬噸，可供一大排量汽車繞地球跑345圈。
雄安新區(qū)地熱資源豐富，具有埋藏淺、溫度高、水質(zhì)好和易回灌等特點，其中容東片區(qū)范圍內(nèi)深層地熱資源豐富，年可采資源量折合標準煤3.71萬噸，可以支撐300萬平方米的建筑物供暖需求。在雄安新區(qū)的規(guī)劃建設(shè)中，提出了“采灌均衡、深淺聯(lián)用、清潔高效、永續(xù)開發(fā)”的地熱資源開發(fā)利用模式，打造地熱規(guī)?；⒖沙掷m(xù)高效利用的全球樣板，構(gòu)建藍綠交織、清新明亮、水城共融的生態(tài)城市。為京津冀協(xié)同化發(fā)展提供能源保障。
圖4 雄安新區(qū)地熱資源綜合利用
地熱資源是一種儲量大、分布廣和開發(fā)利用安全、穩(wěn)定清潔和高效的可再生能源。相信，未來隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進步，地熱資源會更加廣泛的應(yīng)用于人類生活，服務(wù)于整個社會建設(shè)。地熱資源是地球奉獻給人類的又一個能量寶庫，有其不可估量的前途。
作者：李曼 張薇（中國地質(zhì)調(diào)查局中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所）
