實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和是黨中央、國(guó)務(wù)院統(tǒng)籌國(guó)際國(guó)內(nèi)兩個(gè)大局做出的重大戰(zhàn)略決策。實(shí)現(xiàn)碳中和需要減排二氧化碳109億t,其中能源生產(chǎn)需減排80多億t,占總減排量的80%。地?zé)豳Y源是指能夠?yàn)槿祟愃玫牡厍騼?nèi)部的熱能資源,作為傳統(tǒng)化石能源的替代能源之一,是一種儲(chǔ)量豐富、清潔高效、穩(wěn)定可靠的可再生能源,利用率達(dá)73%,是太陽(yáng)能發(fā)電的5.2倍,風(fēng)力發(fā)電的3.5倍,能夠在踐行“雙碳”目標(biāo)上發(fā)揮重大作用。隨著能源供需矛盾不斷加劇,地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),并不斷用于地?zé)峁┡?/a>、療養(yǎng)洗浴、種植養(yǎng)殖以及工業(yè)加工等。海島因其特殊的地理?xiàng)l件,生態(tài)系統(tǒng)集陸域、濕地和海域三類生態(tài)系統(tǒng)特征于一體,是海洋生命支持系統(tǒng)的重要組成部分,是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展重要物質(zhì)基礎(chǔ)、承載要素和空間載體,更是資源保護(hù)與科學(xué)利用的重點(diǎn)區(qū)域。

目前,海島地?zé)豳Y源利用方面的相關(guān)研究工作的不足嚴(yán)重制約了區(qū)域地?zé)崴Y源的勘探和利用進(jìn)程,部分學(xué)者的研究主要是通過(guò)分析研究區(qū)地?zé)豳Y源的稟賦條件,提出相關(guān)的開(kāi)發(fā)利用建議,并未全面分析海島深、淺層地?zé)豳Y源量及水質(zhì)等概況。如牛海瑞等基于黃河三角洲地區(qū)地?zé)?/a>資源的賦存特征,總結(jié)了高效開(kāi)發(fā)與綜合利用該地區(qū)地?zé)?/a>資源技術(shù)及模式,提出了地?zé)豳Y源可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用對(duì)策建議;田勇等針對(duì)京津冀地?zé)豳Y源特點(diǎn)和主要問(wèn)題,提出進(jìn)行地下熱水進(jìn)行科學(xué)合理的開(kāi)發(fā),將資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)和生態(tài)優(yōu)勢(shì);劉宏亮等基于黃河三角洲地區(qū)可再生能源組合特征,提出依托中深層水熱型地?zé)崮?/a>,構(gòu)建以多能協(xié)同供應(yīng)和能源綜合梯級(jí)利用為基本特征的能源局域網(wǎng);分析了唐山國(guó)際旅游島地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀及開(kāi)發(fā)利用前景;黃璜等提出資源循環(huán)效率、政府扶持力度和環(huán)境友好度等因素將成為未來(lái)地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用過(guò)程的主要限制因素,強(qiáng)調(diào)了開(kāi)展地?zé)崂?/a>全流程評(píng)估的重要作用。

河北省具備開(kāi)發(fā)利用條件的石河南島、菩提島、 月島、龍島、祥云島這5個(gè)海島中,除石河南島外,均有豐富的地?zé)?/a>資源賦存,地?zé)?/a>資源已成為沿海地區(qū)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、資源環(huán)境保護(hù)和生態(tài)旅游發(fā)展的重要能源支撐,在海域地?zé)峋C合利用的示范效益和社會(huì)效益意義更重大,因此開(kāi)展“雙碳”背景下海島地?zé)峋C合利用與對(duì)策研究是一項(xiàng)現(xiàn)實(shí)意義較強(qiáng)的工作。

1 河北海島地?zé)豳Y源概況

河北省管轄海域具備開(kāi)發(fā)利用價(jià)值為石河南島、祥云島、月島、菩提島和龍島等5個(gè)海島(圖1), 均為泥沙島,分別位于秦皇島山海關(guān)區(qū)、唐山市唐山國(guó)際旅游島和曹妃甸區(qū),海島總面積約34.91km2 ,可利用地?zé)豳Y源主要為水熱型地?zé)?/a>、淺層地?zé)?/a>2種。渤海灣盆地處于中國(guó)東部地殼厚度較薄的上地幔隆起區(qū),整體為一個(gè)復(fù)雜的大地?zé)崽?/a>。

盡管新近紀(jì)末期熱活動(dòng)結(jié)束,但仍保留前期存留下來(lái)的較高的熱背景。河北省海島地?zé)岙惓^(qū)主要位于唐山市南部沿海,分布于馬頭營(yíng)凸起、石臼坨凹陷和南堡凹陷內(nèi),被柏各莊斷裂和紅房子斷裂切割,這些斷裂構(gòu)造控制著地?zé)岙惓^(qū)的形態(tài)和分布特征。區(qū)域松散層厚度較大,利用熱儲(chǔ)層主要有新近系明化鎮(zhèn)組孔隙熱儲(chǔ)(Nm)和新近系館陶組孔隙熱儲(chǔ) (Ng),具有埋藏淺、儲(chǔ)量大、水質(zhì)優(yōu)、開(kāi)發(fā)利用價(jià)值高等特點(diǎn),采用地溫梯度等值線來(lái)圈定地?zé)崽?/a>。以地溫梯度大于3℃/hm圈定地?zé)岙惓^(qū),共圈定菩提島、月島、祥云島、龍島東、龍島西5個(gè)地?zé)岙惓^(qū) (圖2、表1)。地?zé)豳Y源利用已成為協(xié)調(diào)海島資源承載與環(huán)境保護(hù)重要抓手,是發(fā)展海島生態(tài)旅游的重要品牌,走集約、高效、綠色綜合利用之路是海島地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用的必然選擇。

河北海島屬于低溫—中低溫熱儲(chǔ)。明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)(Nm):在全區(qū)均勻分布,主要為棕紅色砂巖、泥巖,底界埋深為1 200~1 600 m,熱儲(chǔ)中部溫度50~55℃,熱儲(chǔ)厚度一般為700~1 100 m,砂厚比 24.39%。水化學(xué)類型均為HCO3-Na型水。館陶組熱儲(chǔ)(Ng):上部紫紅、棕紅、灰綠色泥巖與淺灰、灰白、淺棕紅色粉砂巖、細(xì)砂巖互層,中部灰白色含礫砂巖和淺灰、棕紅色粉砂巖為主,夾薄層紫紅、灰色泥巖。下部為灰黑色玄武巖,灰白色礫巖夾薄層暗紫、棕紅色泥巖。底界埋深為1 350~2 000 m,熱儲(chǔ)中部溫度60~75℃,熱儲(chǔ)厚度為150~400 m,砂厚比52.87%。水化學(xué)類型均為HCO3·Cl-Na型水,水的化學(xué)組分以低SO2 - 4、高Na+為特點(diǎn)。

2 地?zé)豳Y源賦存條件

2.1 主要計(jì)算參數(shù)

2.1.1 熱儲(chǔ)厚度

河北省海島熱儲(chǔ)層厚度參考大地電磁測(cè)深明化鎮(zhèn)組底界和館陶組底界埋深等值線,有鉆孔地層資料以鉆孔地層資料為主,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2.

其計(jì)算公式為:

熱儲(chǔ)厚度=孔隙熱儲(chǔ)地層平均厚度×砂厚比

2.1.2 熱儲(chǔ)溫度

河北省海島熱儲(chǔ)溫度以區(qū)域內(nèi)熱儲(chǔ)平均地溫梯度和中部深度為基礎(chǔ),計(jì)算熱儲(chǔ)中部溫度,作為熱儲(chǔ)層的溫度(表3)。

熱儲(chǔ)溫度計(jì)算公式為:

式中,T_Z為熱儲(chǔ)中部溫度;T ₀為當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁?取 12.5℃;ΔT為地溫梯度;H₀為恒溫帶深度,取25m;H₁為熱儲(chǔ)頂板埋深;H ₂為熱儲(chǔ)底板埋深。

2.1.3 巖石和水的比熱、密度

水的比熱、巖石比熱引用《地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)方法》 (DZ40—85)中的數(shù)據(jù);根據(jù)華北和京津唐地區(qū)參數(shù),確定出本區(qū)新近系砂巖熱儲(chǔ)層的密度為2 300 kg/m3,比熱取879.228 J/(kg·℃)。熱水的比熱取平均值4 186.80 J/(kg·℃),密度分別取不同溫度時(shí)的密度。

2.1.4 孔隙度

新近系明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)孔隙度為30%左右,取 30%;館陶組熱儲(chǔ)孔隙度為29%左右,取29%。

2.2 地?zé)醿?chǔ)量計(jì)算

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和實(shí)驗(yàn)分析,利用地?zé)豳Y源量計(jì)算公式：

式中,QR為地?zé)豳Y源量;A為熱儲(chǔ)面積;d為熱儲(chǔ)厚度;tr為熱儲(chǔ)溫度;t 0為當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁?取12.5 ℃;C為熱儲(chǔ)巖石和水平均熱容量(表4);ρc為巖石的密度;ρw為水的密度;C c為巖石的比熱容;C w為水的比熱容;Φ為巖石的孔隙度。熱容量計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

經(jīng)計(jì)算,新近系明化鎮(zhèn)熱儲(chǔ)地?zé)豳Y源量:菩提島為0.32×1018J,月島為0.45×1018J,祥云島為0.99×1018J,龍島西為0.05×1018J,龍島東為0.01×1018J;新近系館陶組地?zé)豳Y源量:菩提島為0.50×1018J,月島為0.62×1018J,祥云島為1.26×1018J,龍島西為 0.04×1018J,龍島東為0.01×1018J。工作區(qū)新近系總地?zé)豳Y源量為4.26×1018J。

2.3 地下熱水儲(chǔ)存量

熱水儲(chǔ)存量計(jì)算公式為:

式中,W儲(chǔ)為熱水儲(chǔ)存量;W 容為熱水容積儲(chǔ)量;W 彈為熱水彈性儲(chǔ)量;H為從含水層頂板算起的水頭高度;μ*為彈性釋水系數(shù)。彈性釋水系數(shù)計(jì)算公式:

式中,ρw為熱水的密度;g為重力加速度;Φ為熱儲(chǔ)孔隙度;Ct為巖石和水的總壓縮系數(shù);d為熱儲(chǔ)平均厚度。經(jīng)計(jì)算,新近系明化鎮(zhèn)熱儲(chǔ)地?zé)豳Y源儲(chǔ)存量為54.98×108m 3;新近系館陶組地?zé)醿?chǔ)存量為44.30× 108m3。工作區(qū)新近系地?zé)豳Y源儲(chǔ)存量為99.27×108m 3。

2.4 地?zé)崃黧w可開(kāi)采量計(jì)算

地?zé)崃黧w可開(kāi)采量計(jì)算方法有多種,在地?zé)崽?/a>前期勘查階段可采用熱儲(chǔ)法進(jìn)行地?zé)豳Y源量估算, 開(kāi)采初期可采用解析法初步評(píng)價(jià)地熱流體可開(kāi)采量,作為開(kāi)采量控制的依據(jù),防止地?zé)豳Y源超采。

根據(jù)河北海島地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)利用程度,本次計(jì)算主要采用解析法,利用區(qū)內(nèi)的一些地?zé)峋?/a>資料和大地電磁測(cè)深資料,部分參數(shù)應(yīng)用區(qū)域值(表6)。解析法計(jì)算的地?zé)岙惓^(qū)可采量為儲(chǔ)存量的2.55% 左右,降深未超過(guò)100 m,通過(guò)比較,選用解析法計(jì)算的可采量作為地熱流體可開(kāi)采量。

經(jīng)初步計(jì)算,研究河北省海島區(qū)新近系明化鎮(zhèn)地下熱水可采熱資源量為21.15×1015J,相當(dāng)于 0.72×106t標(biāo)準(zhǔn)煤;新近系館陶組地下熱水可采熱資源量為28.97×1015J,相當(dāng)于0.99×106t標(biāo)準(zhǔn)煤。將各熱儲(chǔ)地?zé)崃黧w可采熱資源量折合熱能,則區(qū)域內(nèi)總地下熱水可采熱資源量為50.12×1015J, 可利用的熱量相當(dāng)于1.7 1×106t標(biāo)準(zhǔn)煤,能夠?qū)崿F(xiàn)減排二氧化碳434.34萬(wàn)t,折合熱能15.89 MW, 相當(dāng)于中型地?zé)崽?/a>,未來(lái)減排效益顯著。

2.5 地?zé)崴?/a>水質(zhì)評(píng)價(jià)

按《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)對(duì)河北海島地?zé)崴?/a>Na+、NH + 4、Cl-、F -、硼、超標(biāo)嚴(yán)重, 嚴(yán)禁直接作為生活飲用水飲用;按《飲用天然礦泉水》(GB 8537—2008)規(guī)定的飲用天然礦泉水界限指標(biāo),地?zé)崴?/a>中鍶、偏硅酸均達(dá)到飲用天然礦泉水界限指標(biāo),但F-、硼超出界限指標(biāo),不符合飲用天然礦泉水標(biāo)準(zhǔn);按《地?zé)豳Y源勘查規(guī)范》(GB/T 1 1615— 2010)中的理療熱礦水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)與相關(guān)地?zé)崴?/a>分析結(jié)果對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià),F-和偏硅酸達(dá)到命名礦泉水濃度標(biāo)準(zhǔn),偏硼酸達(dá)到醫(yī)療價(jià)值的標(biāo)準(zhǔn);按《漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 1 1607—89)對(duì)海島地下熱水進(jìn)行評(píng)價(jià), F-含量普遍超標(biāo),研究區(qū)地下熱水必須經(jīng)過(guò)處理, 水質(zhì)達(dá)標(biāo)后方可用于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè);區(qū)內(nèi)地下熱水為非腐蝕性水,鍋垢很少,具有硬沉淀物,起泡的水,不適宜做鍋爐用水。

2.6 淺層地溫利用適宜性評(píng)價(jià)

淺層地?zé)崮?/a>開(kāi)采換熱方式主要有地埋管換熱、 地下水換熱和地表水換熱3種。通過(guò)收集海島水文地質(zhì)及相關(guān)資料,根據(jù)《淺層地?zé)崮芸辈?/a>評(píng)價(jià)規(guī)范》 (DZ/T 0225—2009)規(guī)范對(duì)海島的地埋管換熱、地下水換熱和地表水換熱進(jìn)行適宜性分析。

菩提島、月島、祥云島、龍島4個(gè)海島位于唐山南部沿海,第四系厚度300~500 m,不含卵礫石層, 200 m以淺含水層厚度約為80 m,巖性以中細(xì)砂為主,為適宜區(qū),可采用地埋管換熱系統(tǒng)。石河南島第四系厚度20~30 m,卵礫石層后17.3~21.5 m,含水層厚度20 m左右,為較適宜區(qū)(表7)。采用體積法計(jì)算地?zé)崛萘?分別計(jì)算包氣帶和飽水帶中的單位溫差儲(chǔ)存的熱量,然后合并計(jì)算評(píng)價(jià)范圍內(nèi)地質(zhì)體的熱儲(chǔ)性能。對(duì)工作區(qū)淺層熱容量進(jìn)行初步計(jì)算,菩提島2.51×101 2kJ/℃,月島2.85×10 12kJ/℃,祥云島10.72×1012kJ/℃,龍島1.84×1012kJ/℃,石河南島4.84×109kJ/℃。

參考區(qū)域地下水埋深,單位回灌率在50%~ 80%。菩提島、月島、祥云島、龍島可采用地下水換熱系統(tǒng)。4個(gè)海島單位涌水量300~500 m3/(d·m), 回灌率50%~80%,地下水位年下降量<0.8 m,不屬于重要水源地保護(hù)區(qū)和地面沉降嚴(yán)重區(qū),為較適宜區(qū)。石河南島第四系厚度20~30 m,單位涌水量< 300 m3/(d·m),為不適宜區(qū)(表8)。

各海島涉及的地表水中,菩提島位于登島的航道上不宜建設(shè)取水口,南側(cè)為保護(hù)區(qū)不能建設(shè)取水口, 菩提島北側(cè)為0~1 m的潮灘,可建設(shè)取水口,需輻射井的方式利用管道將遠(yuǎn)處的海水輸送到岸邊設(shè)置表的集水井內(nèi),采用集水井取水。月島水深-5~-10 m區(qū)域主要集中在島體東側(cè)與南側(cè),島體東側(cè)為航道不宜建設(shè)取水口,南側(cè)距離月島約1 500 m,且易受到風(fēng)暴潮影響,南側(cè)淺層以粉細(xì)砂及粉土為主,滲透性較好建議采用集水井取水。祥云島水深-5~ -10 m區(qū)域主要集中在島體北側(cè)清淤區(qū)域與南側(cè), 可在北側(cè)布岸邊直接取水,南側(cè)建議采用集水井取水。龍島以-5 m等深線為界,可劃分出近岸淺海區(qū)和近海淺海區(qū),近岸淺海區(qū)深度多在-4 m左右, 海底相對(duì)平坦。近海淺海區(qū),坡度變化較大,在水深 5~1 1 m等深線間,坡度較陡,形成海底陡坎,周圍有一定寬度的潮灘,能取到-5~-10 m水深的海水處約距離海島較遠(yuǎn),且在島體向海一側(cè),取水構(gòu)筑物容易遭到風(fēng)暴潮等海洋災(zāi)害的影響,濱海-10 m 以上地層以粉土和粉砂為主,透水性良好可采用集水井取水。石河南島向海一側(cè)東南和西南向約500 m處水深可達(dá)到5 m,石河南島濱海-10 m以上地層以軟礫石層為主,透水性良好可采用集水井取水。

綜上,菩提島為地埋管換熱適宜區(qū)、地下水換熱較適宜區(qū)、地表水換熱適宜區(qū);月島為地埋管換熱適宜區(qū)、地下水換熱較適宜區(qū)、地表水換熱適宜區(qū);祥云島為地埋管換熱適宜區(qū)、地下水換熱較適宜區(qū)、地表水換熱適宜區(qū);龍島為地埋管換熱適宜區(qū)、地下水換熱較適宜區(qū)、地表水換熱適宜區(qū);石河島為地埋管換熱較適宜區(qū)、地下水換熱不適宜區(qū)、地表水換熱較適宜區(qū)。

3 海島地?zé)峋C合利用

河北省海島生態(tài)環(huán)境脆弱,熱資源利用應(yīng)貫穿 “因地制宜、多能并舉”的理念,遵循“宜深則深,宜淺則淺,深淺組合,先淺后深”的原則。其中,依據(jù) 《唐山市礦產(chǎn)資源總體規(guī)劃(2021—2025年)》菩提島、月島級(jí)周海海域?yàn)樽匀槐Ｗo(hù)區(qū)、限制勘查區(qū),只能對(duì)已有礦權(quán)井進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用,所賦存的地?zé)豳Y源不再允許勘查,只可作為后備資源保留。祥云島、龍島處于擬設(shè)勘查規(guī)劃區(qū)塊,石河南島不存在地?zé)豳Y源。因此僅對(duì)祥云島、龍島地?zé)峋C合利用模式進(jìn)行分析,石河南島針對(duì)海水源熱泵供暖進(jìn)行分析。

3.1 海島開(kāi)發(fā)策略

依據(jù)《唐山國(guó)際旅游島國(guó)土空間分區(qū)規(guī)劃 (2021—2035年)》,唐山國(guó)際旅游島作為“國(guó)家級(jí)海島開(kāi)發(fā)利用示范基地”和“河北省旅以游綜合改革試驗(yàn)區(qū)”,依托旅游島獨(dú)特的生態(tài)環(huán)境、區(qū)位客源、政策機(jī)遇、后發(fā)空間等優(yōu)勢(shì),確定發(fā)展目標(biāo)2025 年發(fā)展為“國(guó)家級(jí)旅游度假區(qū)”,2035年發(fā)展為“國(guó)際知名海島旅游目的地”,以海島旅游為核心,帶動(dòng)多產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展,構(gòu)建一島一特色、一島一主題的發(fā)展格局,構(gòu)建陸海統(tǒng)籌的“三島一灣”國(guó)土空間格局,以全區(qū)域、全季候特征的旅游度假產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。必須堅(jiān)持多種方式、多種能源相結(jié)合的清潔供熱發(fā)展方向,優(yōu)化城市供熱管網(wǎng)布局完善安全清潔城鄉(xiāng)供熱體系。石河南島位于秦皇島市山海關(guān)區(qū)石河入?？?現(xiàn)狀利用類型為農(nóng)林牧漁業(yè)用島,龍島位于曹妃甸附近海域,現(xiàn)狀利用類型工業(yè)與交通用島, 兩島主導(dǎo)功能為旅游娛樂(lè),發(fā)展方向?yàn)槲覈?guó)北方重要的海島休閑旅游目的地。

3.2 海島地?zé)?a href="http://www.cityofbrews.com/t/綜合利用.html" >綜合利用

3.2.1 祥云島地?zé)豳Y源綜合利用模式

祥云島主要采用土壤源熱泵(地埋管換熱方式)、電廠廢熱循環(huán)利用、海水源熱泵及地?zé)崽菁?jí)利用相結(jié)合的4種模式進(jìn)行供冷與供熱,如圖3所示。

祥云島深層地?zé)?/a>井主要用于供暖、洗浴、海水養(yǎng)殖、溫室種植及植物園。地?zé)峋?/a>部分地?zé)崴冒迨?a href="http://www.cityofbrews.com/t/換熱器.html" >換熱器換熱用于育苗室海水升溫,尾水經(jīng)簡(jiǎn)單處理后回灌或壓鹽。50~72℃地?zé)崴糜谏崞?a href="http://www.cityofbrews.com/t/供暖.html" >供暖, 40~50℃地?zé)崴糜诘匕鍩彷椛浔P(pán)管供暖,大于40 ℃地?zé)崴糠钟糜谙丛?洗浴尾水通過(guò)處理后利用熱泵換熱用地板熱輻射盤(pán)管供暖,最后用于景觀用水。地?zé)峋?/a>50~68℃地?zé)崴糜谏崞鞴┡?40~ 50℃地?zé)崴糜诘匕鍩彷椛浔P(pán)管供暖,大于40℃ 地?zé)崴糠钟糜谙丛?洗浴尾水通過(guò)處理后利用地源熱泵換熱用地板熱輻射盤(pán)管供暖。明化鎮(zhèn)組地?zé)峋?/a>40~50℃地?zé)崴糜诘匕鍩彷椛浔P(pán)管供暖,大于 40℃地?zé)崴糠钟糜谙丛?洗浴尾水及小于40℃ 地?zé)崴?/a>熱泵換熱用地板熱輻射盤(pán)管供暖。換熱供暖的地?zé)嵛菜?/a>經(jīng)簡(jiǎn)單處理后回灌或壓鹽,洗浴尾水經(jīng)污水處理廠處理后用于海島景觀用水。

3.2.2 龍島地?zé)豳Y源綜合利用模式

龍島主要采土壤源熱泵方式進(jìn)行供冷與供熱, 同時(shí)對(duì)于需采用地?zé)豳Y源的溫泉區(qū)域,將采用地?zé)崽菁?jí)利用的供熱方式,滿足溫泉及其周邊地塊的供冷供熱需要。

3.2.3 石河南島地?zé)豳Y源綜合利用模式

石河南島以地表水換熱系統(tǒng)為主要供暖/制冷方式(圖4)。

結(jié)合已有調(diào)查資料,石河南島未發(fā)現(xiàn)深層地?zé)豳Y源,淺層地溫能利用方式分區(qū)結(jié)果為僅適用于地表水換熱系統(tǒng),建議以地表水換熱系統(tǒng)為主要供暖/ 制冷方式。

4 海島地?zé)崂?/a>關(guān)鍵技術(shù)

海島地?zé)?a href="http://www.cityofbrews.com/t/綜合利用.html" >綜合利用應(yīng)遵循“梯級(jí)開(kāi)發(fā)、綜合利用”的策略,實(shí)現(xiàn)合理布局、分步實(shí)施、科學(xué)開(kāi)采、綜合利用,涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要包括遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)控、淺層地?zé)崮芾?/a>、地?zé)嵛菜?/a>壓鹽、取熱不取水 (回灌、井內(nèi)換熱)和“地?zé)?”多種清潔能源集成利用技術(shù)等。

(1)遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)控包括淺層地溫能監(jiān)測(cè)和深層地?zé)崮?/a>監(jiān)測(cè)。淺層地溫能監(jiān)測(cè)以監(jiān)測(cè)利用區(qū)域地溫場(chǎng)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、效果、能耗為主,隨時(shí)掌握地下地溫場(chǎng)的變化,合理調(diào)節(jié)各種設(shè)備的運(yùn)行,使系統(tǒng)真正做到安全、可靠、節(jié)能的運(yùn)行。深層地?zé)崮?/a>監(jiān)測(cè)以監(jiān)測(cè)地?zé)峋?、取水流量、取水溫度、回水流量、回水溫度等信?可遠(yuǎn)程控制地?zé)峋试S取水和禁止取水,實(shí)現(xiàn)節(jié)水、節(jié)能、計(jì)量取費(fèi)的目的。

(2)淺層地?zé)崮?/a>推廣利用。主要應(yīng)用于海島深層地?zé)?/a>不能滿足的供熱需求及不適合集中供熱的獨(dú)棟建筑。依據(jù)熱源分為土壤源熱泵和海水源熱泵。 土壤源熱泵技術(shù)以熱響應(yīng)試驗(yàn)為主,依據(jù)冬、夏季換熱能力數(shù)據(jù),應(yīng)下浮15%左右的安全系數(shù),孔間距不應(yīng)小于4 m,以5~6 m為宜。海水源熱泵應(yīng)以解決海水的腐蝕問(wèn)題為主,需根據(jù)應(yīng)用條件綜合考慮系統(tǒng)的可行性。開(kāi)式海水換熱系統(tǒng)要考慮與海水連通的所有設(shè)備、部件及管道必須具備過(guò)濾、清理的能力,能有效防堵防蝕;閉式海水換熱系統(tǒng)要考慮與海水接觸的所有設(shè)備、部件及管道必須具備防腐、防生物附著的能力。

(3)地?zé)嵛菜?/a>壓鹽。經(jīng)利用后的地?zé)嵛菜?/a>經(jīng)處理后,用于海島修復(fù)區(qū)原土綠化區(qū)降低土壤鹽度,經(jīng)菩提島、祥云島海島回填修復(fù)區(qū)實(shí)地試驗(yàn),灌溉區(qū)域土壤含鹽量與未灌溉區(qū)的含鹽量有對(duì)比呈下降趨勢(shì),且粉土和粉細(xì)砂效果明顯優(yōu)于粘性土,在良好排水條件下利用地?zé)嵛菜_(kāi)展回填區(qū)鹽堿土壤改良可作為地?zé)嵛菜玫囊粋€(gè)方式。

(4)取熱不取水主要涉及地?zé)嵬瑢?a href="http://www.cityofbrews.com/t/回灌.html" >回灌和井內(nèi)換熱技術(shù)。采灌均衡的地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用技術(shù)將是河北海島地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用攻關(guān)的重點(diǎn)目標(biāo),地?zé)嵛菜毓嘀饕?a href="http://www.cityofbrews.com/t/成井工藝.html" >成井工藝、回灌方式的影響。河北海島主要熱儲(chǔ)層位為館陶組,含水層以砂巖為主,地?zé)嵛菜?a href="http://www.cityofbrews.com/t/回灌率.html" >回灌率很難保證,適宜采用射孔成井加壓回灌;地?zé)峋畠?nèi)換熱供熱利用深井換熱器 (Deep Borehole Heat Exchanger,DBHE)技術(shù),該技術(shù)利用井下?lián)Q熱器與周圍土壤、巖石之間的傳熱,實(shí)現(xiàn)從地?zé)醿?chǔ)層提取熱量,采用套管式井內(nèi)換熱器結(jié)構(gòu),保證地下各含水層不發(fā)生串通,井內(nèi)安裝絕熱內(nèi)管和井底裝置,井內(nèi)管采用建立井內(nèi)換熱結(jié)構(gòu),有效解決流體交換性地?zé)衢_(kāi)發(fā)利用中遇到的問(wèn)題。

(5)“地?zé)?”多種清潔能源集成利用技術(shù)。實(shí)施“地?zé)?”利用是河北海島地區(qū)由傳統(tǒng)能源向新

型能源跨越轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要舉措,可因島制宜實(shí)施“地?zé)?太陽(yáng)能”、“地?zé)?風(fēng)能”和“淺層地?zé)?/a>+ 太陽(yáng)能”等多種能源能源供給組合,將新能源利用技術(shù)與建筑節(jié)能技術(shù)相結(jié)合,從而實(shí)現(xiàn)生態(tài)脆弱區(qū), 構(gòu)建建筑物供熱、空調(diào)和生活熱水三聯(lián)供的節(jié)能環(huán)保系統(tǒng)。

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

地?zé)豳Y源是在開(kāi)采時(shí)間上可人為調(diào)控的寶貴資源,一次投資長(zhǎng)期受益。為合理開(kāi)發(fā)利用和保護(hù)地?zé)豳Y源,保證其可持續(xù)發(fā)展,應(yīng)堅(jiān)持以資源為基礎(chǔ)、經(jīng)濟(jì)為導(dǎo)向、環(huán)境效益優(yōu)先、開(kāi)發(fā)與保護(hù)并重的基本原則。

(1)本文依據(jù)河北海島地區(qū)地質(zhì)條件,分層分區(qū)計(jì)算了地?zé)豳Y源賦存情況,河北海島地下熱水可

采熱資源量為50.12×1015J,可利用的熱量相當(dāng)于1.71×106t標(biāo)準(zhǔn)煤,能夠?qū)崿F(xiàn)減排二氧化碳434.34萬(wàn)t,折合熱能15.89 MW,相當(dāng)于中型地?zé)崽铩０凑丈铒嬘盟?、飲用天然礦泉水、理療熱礦水和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)方面對(duì)地?zé)崴M(jìn)行了水質(zhì)評(píng)價(jià)。

(2)根據(jù)《淺層地?zé)崮芸辈?/a>評(píng)價(jià)規(guī)范》(DZ/T 0225—2009),對(duì)河北海島淺層地?zé)崮?/a>地埋管換熱、 地下水換熱和地表水換熱3種換熱方式,進(jìn)行了進(jìn)行了適宜性評(píng)價(jià)和分區(qū)。

(3)依據(jù)國(guó)土空間和礦產(chǎn)資源相關(guān)規(guī)劃,按照 “一島一策”,對(duì)處于允許勘查區(qū)內(nèi)的祥云島、龍島提出了海島地?zé)峋C合利用模式。

(4)為海島地?zé)峋C合利用,探究了遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)控、淺層地?zé)崮芾?/a>、地?zé)嵛菜畨蝴}、取熱不取水 (回灌、井內(nèi)換熱)和“地?zé)?”多種清潔能源集成利用技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。

5.2 建議

結(jié)合河北海島地?zé)豳Y源稟賦和海島保護(hù)現(xiàn)實(shí)需求,主要有以下討論:

(1)參考本次探索出的地?zé)豳Y源綜合利用模式,結(jié)合實(shí)際建設(shè)需求,對(duì)各海島地?zé)豳Y源利用進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃,嚴(yán)格按照礦產(chǎn)資源管理法律法規(guī)執(zhí)行。 實(shí)現(xiàn)“科學(xué)管理、一水多用、綜合利用”的目標(biāo),結(jié)合各海島地?zé)豳Y源利用進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃對(duì)現(xiàn)有地?zé)峋M(jìn)行整改,加裝地?zé)峋畡?dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)地?zé)豳Y源利用情況。

(2)地?zé)峋畠?nèi)換熱工藝是實(shí)現(xiàn)地?zé)豳Y源利用 “取熱不取水”的有效手段之一,目前尚未大面積推廣,為保護(hù)海島地?zé)崴Y源,應(yīng)在新施工地?zé)峋に囋O(shè)計(jì)上加強(qiáng)技術(shù)研究,全面推廣采用此種方式。

(3)在回灌過(guò)程中,確定合理的采灌井間距是關(guān)鍵。采灌井布局不合理,回灌過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生

熱突破,致開(kāi)采井溫度降低。先期建立海島地?zé)嵛菜毓?a href="http://www.cityofbrews.com/t/示范工程.html" >示范工程,通過(guò)開(kāi)展回灌試驗(yàn),求取回灌試驗(yàn)中各項(xiàng)水文地質(zhì)參數(shù),研究回灌過(guò)程中出現(xiàn)各種技術(shù)問(wèn)題,如井堵、回灌水流失、腐蝕、結(jié)垢等。水熱數(shù)值模擬是地?zé)豳Y源管理的有效手段,能夠確定開(kāi)采量、回灌量、回灌溫度、采灌井距等地?zé)衢_(kāi)發(fā)利用工程的關(guān)鍵參數(shù),對(duì)優(yōu)化地?zé)岵晒嗑侠聿季?、?shí)現(xiàn)地?zé)豳Y源可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用具有指導(dǎo)意義。

(4)針對(duì)工作區(qū)淺層地溫能開(kāi)發(fā)利用方式建設(shè)推廣示范工程,便于各海島開(kāi)發(fā)利用淺層地溫能中推廣應(yīng)用。

(5)完善建設(shè)智能供熱系統(tǒng),結(jié)合變頻供水系統(tǒng)保證地?zé)豳Y源使用的高效率。

(6)應(yīng)對(duì)地?zé)崴_(kāi)采易引起的地面沉降等環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

海島地?zé)崾且环N寶貴的自然資源,在強(qiáng)化海島資源環(huán)境保護(hù)基礎(chǔ)之上,依托地?zé)豳Y源可建立起具有海島特色的綠色旅游休閑體系,為海島保護(hù)及生態(tài)利用發(fā)揮長(zhǎng)期的支撐作用,是海島生態(tài)型開(kāi)發(fā)利用模式的必由之路。制定資源開(kāi)發(fā)利用與保護(hù)規(guī)劃,依法、依規(guī)管理,實(shí)現(xiàn)海島地?zé)豳Y源科學(xué)高效利用,是沿海地區(qū)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和的一項(xiàng)必然舉措, 對(duì)加快促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)、保障能源安全高效、推動(dòng)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)、引領(lǐng)應(yīng)對(duì)氣候變化、實(shí)現(xiàn)“兩個(gè)一百年”奮斗目標(biāo)具有重大意義。