淺層地熱能在武漢市的開發(fā)利用

舒珺 童澤昊

摘 要：地熱能是我國提出的十九大新建筑節(jié)能技術中的其中一種綠色低碳、可再生能源，通過地熱資源給社會帶來了巨大的經濟效益，淺層地熱資源的綜合開發(fā)利用具有十分廣闊的前景。本文敘述了在武漢市開發(fā)利用淺層地熱能的可行性及方法，地熱能的開發(fā)和武漢市經濟發(fā)展以及環(huán)境的關系。

關鍵詞：淺層地熱能 武漢 開發(fā)利用 可行性 方法

中圖分類號：P641 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）01（c）-0038-02

1 武漢市地熱資源概況

武漢市地下水資源優(yōu)質、豐富，長江漢江一級階地的松散巖類孔隙承壓水極為適宜地下水式地源熱泵的運行。武漢市以崗狀平原為主，地形起伏不大，熱物性參數穩(wěn)定，地埋管式地源熱泵在武漢也具有較好的應用前景。因此，地源熱泵系統(tǒng)在武漢市具有十分廣闊的應用前景和巨大的市場競爭力。

1.1 地層巖性

武漢市除黃陂、新洲區(qū)以北及東部分布有元古界大別群與紅安群變質巖系外，其他地域分布為古生界至新生界地層。古生界地層地表出露不廣，多隱伏于新生界地層之下，除個別地層缺失外，發(fā)育了一套較完整的陸海相沉積。此外，本區(qū)北部和南部還零星分布有大別期、揚子期、燕山期的侵入巖和產于白堊-近古系東湖群地層中的噴出巖。

1.2 地質構造

武漢市大地構造上處于淮陽山字型弧頂西側與新華夏系第二沉降帶的復合部位，江漢盆地東部的武漢臺褶束，介于江漢斷陷和梁子湖凹陷之間一個相對隆起的構造單元。武漢市表層大面積為第四系覆蓋、構造殘缺不全，但仍清晰可見這是一個北西向的擠壓帶，由志留系至二疊系（局部三疊系）的褶皺組成，褶皺形態(tài)以線性為特征，武漢一帶多呈向南倒轉的同斜褶皺。

1.3 尋找地熱資源的可行性

武漢市區(qū)具備“源”“導”“儲”“蓋”地熱資源形成的地質條件，存在地熱資源可行性。

（1）結合湖北省地熱資源出露分布，淮陽山字型構造體系中的脊柱、弧頂、前弧西翼以及反射弧弧頂分布的溫泉比較多，約占全省溫泉點57%，一般為中低溫地熱。武漢市大地構造上處于淮陽山字型弧頂西側，可能存在中低溫地熱。

（2）武漢市地區(qū)位于上地幔隆起部位，據湖北省莫氏面等深線圖，武漢市地區(qū)莫霍面埋深約28km，是湖北省全省上地幔埋藏最淺、地殼最薄的地區(qū)。一般來說，莫霍面埋藏越淺，低溫梯度相對越大，低溫相對越高，具備了深部熱源條件。

（3）武漢市“斷凸”（斷塊凸出）是在上地幔隆起的基礎上，被周邊斷裂分割而成，經歷多次構造運動，它們都深切基底，甚至到達上地幔，給地下水深循環(huán)和獲得地熱能創(chuàng)造了條件，而“斷凸”內部主要受淮陽山字型前弧西翼北西-北西西向斷裂和新華夏系北北東向斷裂的控制，將“斷凸”分割成不規(guī)則的方塊狀，使斷裂互相溝通，形成復雜的網絡通道，導熱構造發(fā)育，對地下熱源的循環(huán)更為有利。

（4）有較好的保溫層。武漢市志留系厚度達800m以上，巖性為砂頁巖和泥巖，是較好的隔熱保溫層。

（5）有較好的熱儲層。志留系下伏震旦系、寒武系及奧陶系碳酸巖石，裂隙巖溶發(fā)育，是較理想的熱儲層。

2 淺層地熱能的開發(fā)利用

地熱能是地球內部貯存的熱能，它包括地球深層由地球本身放射性元素衰變產生的熱能-深層地熱能及地球淺層由接受太陽能而產生的熱能-淺層地熱能。淺層地熱能由太陽能轉換而來蘊藏在地球表面淺層的土壤中，溫度比較穩(wěn)定，冬季溫度略高于當地平均氣溫3℃～5℃，夏季比室溫低。其開發(fā)成本和技術相對也低，且不受地理環(huán)境的影響，特別適合于建筑物的供暖與制冷，因而受到了暖通空調及節(jié)能行業(yè)越來越多的關注。

淺層地熱能的利用，主要是通過熱泵技術的熱交換方式，冬季將賦存于地層中的低位熱源轉化為可以利用的高位熱源，為建筑物供熱；夏季根據同一原理為建筑物制冷。由于地下溫度穩(wěn)定且很接近房屋居住所需的溫度，因此，相對于燃煤、燃油的供暖供冷系統(tǒng)，以大地為提取熱量或排放熱量的熱源熱泵能耗大幅度降低，同時還減少了燃燒產物的排放及制冷劑如氟利昂的用量，對保護環(huán)境十分有利。

3 淺層地熱能的應用前景

淺層地熱能開發(fā)利用發(fā)展迅速。隨著國民經濟的快速增長，我國的能源形勢日趨嚴峻，特別是2004年以來，國際能源供求關系失衡，石油價格飛漲，加劇了我國能源的緊張局面。加之我國能源生產的增長速度，遠低于國民經濟發(fā)展的增長速度，能源的增長遠遠不能滿足國民經濟發(fā)展的需要。地熱能具有清潔、環(huán)保、資源豐富、就地取用方便等優(yōu)點，與其他可再生能源比較下其分布較為均勻，不需要中間轉換即可直接使用，不會因為天氣原因的影響等優(yōu)勢。淺層地熱能是地熱能當中的一種形式，與其他資源相比下，優(yōu)勢越加顯著，無需打較深的地熱井即可使用，價格低廉，進而受到人們注重。

4 淺層地熱能開發(fā)利用對地質環(huán)境的影響

淺層地熱能開發(fā)利用主要有兩種方式，即地下水地源熱泵系統(tǒng)和地埋管地源熱泵系統(tǒng)。隨著使用淺層地熱能項目的增多、規(guī)模的擴大，不同利用方式在其發(fā)展過程中出現(xiàn)了一些問題，如地下水源熱泵系統(tǒng)地下水回灌難，造成水位下降，地面沉降、系統(tǒng)整體不節(jié)能、水質污染、地溫場的變化等問題。目前，由于缺乏必要的地質環(huán)境影響監(jiān)測系統(tǒng)，淺層地熱能開發(fā)利用對地質環(huán)境的影響沒有定論。

淺層地熱能開發(fā)利用可能造成水質污染是因為不同水質的含水層混抽灌引起的。對于直接進入機組的地下水，工質、潤滑油的泄露也是水質污染潛在的危險。因此，需要對地下水位、水質、水溫進行長期監(jiān)測，以便及時發(fā)現(xiàn)問題。

5 結語

淺層地熱能利用地源熱泵技術替代了石能源作為一種新資源應用于建筑物的取暖與制冷中。武漢市具有獨特的水文地質特征，滿足地熱能的賦存條件。武漢市采用地熱能達到了節(jié)能減排及可持續(xù)發(fā)展的標準要求，對建設資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會具有十分重要的意義。

參考文獻

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