1樓：中地數媒
程萬慶1林建旺1韓金樹2王坤2劉洋1
（1.天津地熱勘查開發設計院；2.天津市國土資源和房屋管理局）
摘要：天津經濟建設速度的不斷加快，能源需求日益增大，淺層地熱能作為地熱開發的新領域，其開發利用必將對緩解天津能源供求緊張形勢起到積極的作用。通過現有研究資料分析，認為天津地區淺層地熱能儲量豐富，開發利用前景廣闊。
1 前言
地熱資源屬於可再生能源，據史料記載，我國開發利用地熱已有2000多年的歷史，是世界上利用地熱資源較早的國家之一。自從20世紀70年代，我國開始勘查與開發地熱資源，其開發利用發展迅速，利用領域涉及發電、供暖、醫療、洗浴以及工農業生產等，取得了顯著的經濟、社會和環境效益。尤其是90年代以來，在市場經濟需求和利用技術不斷髮展的推動下，地熱資源開發利用得到了更加彭勃發展，應用範圍日益廣泛。
隨著常規能源日益缺乏，地熱能等可再生能源的開發利用得到了全世界的重視。2023年1月1日起施行的《中華人民共和國可再生能源法》，將可再生能源的開發利用列為能源的優先領域。
淺層地熱能屬於地熱資源的一部分，指蘊藏在淺層岩土體和地下水中的低溫地熱資源。在過去的30年裡，限於利用技術水平，只注重深部高溫位地熱能的開發。由於打深井費用偏高，風險大，而地熱需求越來越旺盛，隨著開發利用新技術的不斷出現，人們開始注意淺層低溫位地熱資源，發現這裡也儲存著巨大的能源。
近幾年，淺層地熱能利用技術在歐美等發達國家已經很成熟，並得到了廣泛應用。在我國則處於起步階段，尚未對淺層地熱能進行系統的勘查評價，開發利用技術有待提高。因此，國土資發［2005］288號文將淺層地熱能調查和評價及開發利用方案的試點作為近期國土資源部將開採的地熱重點工作之一。
當前，能源**不足，已經成為制約天津市經濟、社會發展的突出矛盾。自20世紀70年代起開始地熱勘查和開發利用，地熱已經成為天津市重要的補充能源，在一定程度上緩解了能源供求緊張的形勢。但隨著大規模開發利用造成高品位地熱資源的供給不足，急需尋找新的資源，因此，淺層地熱能成為今後幾年地熱開發利用的重點。
淺層地熱能的勘查和開發在天津基本上還屬於空白，而這一部分地熱資源潛力巨大，因此，加大加快淺層地熱能資源勘查、開發的力度必將對緩解天津能源供求緊張形勢起到積極的作用。
2 天津市平原區淺層地溫場特徵
圖1 天津地區淺層地溫梯度等值線圖
天津市以平原為主，面積佔全市總面積的93.7%左右。平原區沉積較厚的新生代鬆散地層，由於厚度大、比熱容高、熱傳導係數低，而天津地區熱流值相對較大，因此，賦存了大量的熱量，為淺層地熱能的開發利用奠定了基礎條件。
地殼的最上部稱變溫層，是接受太陽輻射能最多的處所，特點是溫度隨太陽能輻射的大小，有季節性、早晚和晴雨的變化。夏季、中午其頂部可高於30℃，向下溫度逐漸降低；冬季凌晨頂部可低於0℃，向下溫度逐漸增高。晴天的變化大於陰雨天。
變溫帶之下為恆溫層，指一定深度範圍內地溫常年保持相對恆定的帶，天津地區恆溫帶深度為30m，溫度為13.5℃。再下為地熱增溫帶，即以一定的速率向下增溫。
這種速率又稱地溫梯度，以每100m增加多少度為單位。在天津地熱勘查工作中將地溫梯度大於3.5℃/100m稱為地熱異常。
根據天津地熱勘查工作中的測溫資料可圈出10個地熱異常區（見圖1），地溫梯度在4.5～8.8℃/100m，面積2328km2。
其它地區地溫梯度一般在2.0～3.5℃/100m。
我國目前開發利用淺層地熱能的深度在200m，按照一定深度的地溫計算公式計算（見公式1）：天津平原區200m深度的溫度，在地熱異常區為21～28℃，在非地熱異常區為17～19℃。隨著技術經濟條件的提高，利用深度不斷增加，則可利用的地熱能將會更多。
淺層地熱能：全國地熱（淺層地熱能）開發利用現場經驗交流會**集
式中：t為計算深度的溫度（℃）；d1為計算深度（m）；gi為蓋層平均地溫梯度（℃/100m）；d2為恆溫層埋深（m）；t0為恆溫層溫度（℃）。
3 天津市淺層地下水資源
天津市南部平原區廣泛分佈新生代的鬆散沉積物，第四系與新近系含水層可分為5層。第ⅰ含水組相當於全新統和上更新統（q4＋3），底界深度一般在70m以上。第ⅱ含水組相當於中更新統（q2），底界深度在180～220m。
第ⅲ含水組大致相當於下更新統上段（
），底界深度290～310m，第ⅳ含水組相當於下更新統下段，在隆起區尚包括部分新近系含水組（
），底界深度370～430m。第ⅴ含水組為新近系含水組（n2），底界埋深為520～560m。第ⅰ含水組屬於淺層地下水。
第ⅱ—ⅴ含水組屬深層地下水（表1）。根據天津市地下水資源新一輪評價結果，五層含水組地下水天然資源為18.13×108m3/a，據水文地質條件分析和水資源的多次論證，天津地區有多年穩定補給的地下水資源量，可持續利用的水資源（7～8）×108m3/a。
根據以往地熱勘查工作中對天津市平原區近百眼深度在200m左右的淺井的測溫資料，水溫在17～28℃，由於其溫度變化不大，這五個含水層所佔據部位的水和氣，就成為巨大的能源庫，隨著低溫利用技術的成熟，規模開發利用這部分能源的時機已經成熟。
4 淺層地熱能利用技術
熱泵是先進的熱能利用與節能裝置，能有效地利用空氣、水體和土壤中蘊藏的低溫熱能，其具有環保、穩定、高效節能、節省佔地空間、低維護、執行費用低和減少環境汙染等優點。近年來在世界地熱能直接利用中，應用熱泵開發淺層地熱能已獨佔鰲頭，其裝機容量和利用能量均以每年超過20%的速度增長，至2023年，全世界有33個國家已安裝了130萬臺熱泵，**機容量15723mwt。目前淺層地溫的利用技術在歐美等發達國家已經很成熟，並得到廣泛的應用。
我國淺層地熱能的開發利用起步較晚，20世紀90年代開始研究和推廣地源熱泵系統淺層地熱能的開發利用技術，2023年以來在全國得到普遍推廣。2023年11月中華人民共和國建設部和國家質量監督檢驗檢疫總局聯合釋出了《地源熱泵系統工程技術規範》以指導熱泵系統工程的建設。
表1 天津市平原區第四系和部分新近系含水層組劃分及各組水文地質特徵表
天津有相當豐富的淺層地熱能資源，社會發展和人民生活水平不斷提高，目前在天津已有多個工程在利用地源熱泵系統解決供暖、製冷問題，如梅江居住區、開發區海濱大道、****局資料檔案館、塘沽凱華商業廣場等，為天津淺層地熱能的開發利用提供了借鑑。因此天津利用熱泵開發淺層地熱能的技術和資源條件已基本具備，發展前景非常看好。並且在當前能源形勢十分嚴峻的情況下，積極推廣熱泵技術，規模開發淺層地熱能，具有重要的現實意義。
參考文獻
［1］天津地熱勘查開發設計院.天津市王蘭莊地熱田普查.1987
［2］天津地熱勘查開發設計院.天津熱儲工程研究.2005
［3］陳墨香等.華北地熱.科學出版社，1988
［4］段永侯，王家兵，王亞斌，邢貴發.天津市地下水資源與可持續利用.水文地質工程地質，2004
［5］鄭克棪.淺層地熱能開發利用的世界現狀及在我國的發展前景.全國地熱熱泵技術培訓班教材.2006
淺層地熱能的國內外研究利用現狀與發展