王少珺

(天津外國語大學(xué)后勤處，天津 300204)

地?zé)崮茉丛谔旖驗I海新區(qū)供熱系統(tǒng)中的可持續(xù)開發(fā)應(yīng)用研究
——以天津外國語大學(xué)為例

王少珺

(天津外國語大學(xué)后勤處，天津 300204)

地?zé)崮茉醋鳛榭稍偕滦湍茉?，憑借其低開采成本和無污染的優(yōu)勢，成為供熱系統(tǒng)賴以開發(fā)和研究的新寵，受到了越來越多專家學(xué)者和節(jié)能行業(yè)的關(guān)注。天津濱海新區(qū)擁有大量豐富的地?zé)豳Y源，作為國家開發(fā)開放的重要組成部分，在供熱系統(tǒng)中使用地?zé)豳Y源也成為國家的排頭兵。近年來，隨著多年過度開發(fā)和利用，也使得熱能有枯竭趨勢。本文以天津外國語大學(xué)濱海校區(qū)為例，對地?zé)崮茉丛诠嵯到y(tǒng)中的應(yīng)用進行分析，并對其可持續(xù)開發(fā)從合理規(guī)劃、階梯利用、尾水回灌和深層地下水開發(fā)等方面提出對策和建議，以期能夠提高利用率，降低成本。

地?zé)崮茉?；供熱系統(tǒng)；可持續(xù)利用；濱海新區(qū)

1 研究背景

長期以來，我國供熱能源結(jié)構(gòu)一直以煤炭為主，由于煤炭燃燒排放的大量有害物質(zhì)導(dǎo)致城市空氣質(zhì)量惡化和大規(guī)模酸雨沉降。近年來，我國主要城市都將提高城市空氣質(zhì)量，減少一次能源的消耗加入城市發(fā)展規(guī)劃，許多城市都劃定了禁止燃煤區(qū)和限制燃煤區(qū)，區(qū)域供熱燃煤的使用受到限制。環(huán)境制約著經(jīng)濟的發(fā)展，天津濱海新區(qū)作為國家開發(fā)開放戰(zhàn)略的重要組成部分，如何解決好環(huán)境與經(jīng)濟發(fā)展間的矛盾成為了深化改革的重要課題。多年來，濱海新區(qū)利用所擁有的地?zé)崮茉磧?yōu)勢，大力推行清潔能源的利用，然而經(jīng)過多年的過度開采利用，導(dǎo)致水位迅速下降。本文以天津外國語大學(xué)濱海校區(qū)為例分析地?zé)崮茉吹难h(huán)利用，進而分析地?zé)崮茉丛跒I海新區(qū)供熱系統(tǒng)中的循環(huán)利用，促進清潔能源在濱海新區(qū)的可持續(xù)開發(fā)，為開展天津市“美麗濱海·一號工程”提供有力保證。

2 地?zé)崮茉垂嵯到y(tǒng)的介紹及利用現(xiàn)狀

地?zé)崾怯捎诘厍蛭镔|(zhì)中所含的放射性元素衰變產(chǎn)生的熱量，目前探明，濱海新區(qū)地下熱水層共六層，其中第一至第三層屬孔隙型地?zé)釋?，第四至第六層屬基巖型地?zé)釋印Ｔ缭谏鲜兰o70年代，濱海新區(qū)就開始利用地?zé)豳Y源。當時擁有先進技術(shù)和設(shè)備優(yōu)勢的渤海油田、大港油田，在全國率先開采地下熱水資源。經(jīng)過40多年的開采，前三層的地下熱水已經(jīng)遠遠不能滿足使用需求，截至目前，天津濱海新區(qū)共有122眼地?zé)峋?，其中第一層明化?zhèn)層地?zé)峋?眼，第二層館陶層地?zé)峋?9眼，第三層地?zé)峋?眼，第六層霧迷山層(基巖層)地?zé)峋?0眼，濱海新區(qū)年可采地?zé)崴畠α?774萬立方米，實際年開采量約471萬立方米。地?zé)崮茉垂嵯到y(tǒng)是將地下熱水通過地?zé)岜梦胼斎牍峁艿?，?jīng)過一、二級換熱，用于集中供熱。根據(jù)天津市地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計院2014年11月統(tǒng)計數(shù)據(jù)，天津市濱海新區(qū)7300余家企業(yè)單位使用地?zé)峁幔責(zé)崮茉床粌H二氧化碳零排放，對環(huán)境零污染，同時可以可再生循環(huán)利用，極大提高了能源的利用率，降低企業(yè)成本。

3 濱海新區(qū)高校地?zé)峁岱治?/h2>

高等院校作為人口密集區(qū)域?qū)儆谔旖驗I海新區(qū)供熱大戶，目前濱海新區(qū)共有高校13所，如果都使用地源熱泵供熱，將會節(jié)省很大一筆辦學(xué)成本。以天津外國語大學(xué)濱海校區(qū)（以下簡稱外大濱海）為例，現(xiàn)階段，有常駐師生共計9800余人，教學(xué)樓4棟、宿舍樓18棟、招待所2棟，總建筑面積共計13.6萬平方米，其中4.2萬平方米使用地?zé)峁嵯到y(tǒng)。外大濱海地源熱泵供熱系統(tǒng)始建于2008年，使用的是沈陽市華科泵業(yè)有限公司生產(chǎn)的2組KH-100水源熱泵，冬季供暖，夏季制冷，根據(jù)綜合耗水、耗電量，以及設(shè)備維護等費用計算得出平均單位面積供熱費用為12元/平方米，極大減少了供暖費用。

采用地?zé)崮茉垂幔粌H提高能源利用率，降低大氣污染，更重要的是為高校節(jié)約了大量的辦學(xué)成本，每年供熱費用僅為傳統(tǒng)供熱方式費用的一半。鑒于天津外國語大學(xué)濱海校區(qū)地?zé)峁岜壤齼H為校區(qū)建筑面積的三分之一，如果整個校區(qū)需要采取地?zé)峁釀t每年需要消耗6000噸標準煤，以濱海新區(qū)地?zé)針藴视嬎愎残枰s4組年采20萬立方米熱水的地?zé)峋Ｍ獯鬄I海地?zé)峋幱诿骰?zhèn)層，經(jīng)測量：2008年成井時，靜水位為17m；2014年經(jīng)勘查發(fā)現(xiàn)靜水位降至35m，年均下降速率為3m。預(yù)計按此速度在現(xiàn)有供熱面積不變的情況下，至2020年現(xiàn)有地?zé)峋畬o法提供地?zé)崴?。而且近來附近企業(yè)單位還在加快地?zé)峁┡茫x學(xué)校不足 300米就有一處直接抽取地源熱水作為洗浴用水源的私采點。種種跡象表明，地?zé)崴徊粩喑两?，動態(tài)類型屬開采-弱徑流-疏干型，且有逐年增速的趨勢。所以如何使地?zé)崮茉闯掷m(xù)利用，成為我們亟待解答的問題。下面先就產(chǎn)生上述情況的原因進行分析。

4 成因分析

4.1 地質(zhì)因素

外大濱海所屬區(qū)域為天津濱海新區(qū)典型地質(zhì)結(jié)構(gòu)，其中館陶組底界斷裂較發(fā)育，斷裂大多呈北西西向和北東向展布,兩組斷裂將新生界館陶組以下地層切割成不規(guī)則四邊形塊狀。斷裂上下盤落差一般為20m～40m。斷裂存在一定的斷距，使上下盤砂層錯開，如果砂層對應(yīng)率高，形成導(dǎo)水斷層，如果砂層對應(yīng)率低，則形成阻水斷層。外大濱海目前的三組熱井，分別為熱井1，熱井2，熱井3，經(jīng)試驗得出結(jié)論其中熱井1抽水時，熱井2和熱井3水位并無變化；熱井2抽水時熱井3水位下降明顯，熱井1水位無變化。這一結(jié)論證實了位于熱井1和熱井2、3之間的斷層一定程度表現(xiàn)出了阻水性質(zhì)，斷層阻斷了熱井間的側(cè)向徑流補給。

4.2 開采層位、區(qū)位過于集中

各單位為了節(jié)約成本，大多選取淺層地?zé)釋游?，如明化?zhèn)層和館陶層，而且由于淺層地?zé)崴疁剌^低一般不會超過65度，所含能量相對較低，所以如需足夠能源則需要開采大量地源熱水，加劇了地下水位的降低速度。

4.3 粗放型的開采利用方式

以外大濱海地?zé)峁嵯到y(tǒng)為例，經(jīng)過二級換熱后的地源熱水依然有三十攝氏度左右的尾水，而這些尾水就被直接排入市政下水管網(wǎng)，被作為廢水白白浪費掉了，地源熱水整體的能源利用率不高。

5 地?zé)崮茉吹目沙掷m(xù)利用研究

隨著地下水水位的不斷下降，必然會對地?zé)崂脦砝щy，且最終走向終止。為了實現(xiàn)地?zé)豳Y源的可持續(xù)開發(fā)，針對地?zé)崴幌陆涤绊懸蛩兀?014年天津外國語大學(xué)與相關(guān)技術(shù)單位根據(jù)多方考察，根據(jù)外大濱海的實際情況，制定合理的地?zé)豳Y源利用計劃和保護措施。

5.1 合理規(guī)劃地?zé)豳Y源

加強對本區(qū)域地?zé)豳Y源的勘測，采取科學(xué)的手段，對已有的地?zé)峋疁囟?、儲量、水位沉降速度進行綜合勘測。對于沉降速度較快的井口，必須減少其熱泵工作量，合理規(guī)劃地?zé)豳Y源的利用。

5.2 地?zé)豳Y源梯級利用

鑒于供暖循環(huán)后水溫仍可達到40℃，初次供暖循環(huán)尾水可再次進入供暖系統(tǒng)進行二次供暖利用，既可提高地?zé)豳Y源利用率，又可解決供暖水量不足的狀況。通過地?zé)豳Y源的梯級利用提高地?zé)豳Y源利用率，可有效減少地?zé)豳Y源開采量。

5.3 地?zé)嵛菜毓?/p>

目前區(qū)域回灌試驗已證實了新生界熱儲層尾水回灌的可行性。外大濱海正積極與地方政府合作，在校區(qū)創(chuàng)建天津濱海新區(qū)首家高校地?zé)峄毓嘞到y(tǒng)示范工程，求得本地?zé)崽餆醿踊毓鄥?shù)，根據(jù)熱儲層回灌能力進行回灌井布設(shè)，實現(xiàn)地?zé)嵛菜瑢踊毓啵瑥母窘鉀Q地下水補償回饋問題。

5.4 深層地下水開發(fā)

目前，現(xiàn)有利用的地?zé)釋游粸槊魅A鎮(zhèn)層，本地區(qū)明化鎮(zhèn)組熱儲特點為：地?zé)崴疁囟燃s為50oC，水質(zhì)較好，水礦物質(zhì)化學(xué)類型為HCO3-Na型，礦化度一般小于2g/L。以上特點決定它在小規(guī)模供熱開發(fā)是必須采取熱泵技術(shù)和回灌開發(fā)模式。為避免單一層位開發(fā)，可以考慮在利用淺層資源的同時，并行開發(fā)利用深層地?zé)豳Y源，如館陶層。館陶組熱儲特點為：地?zé)崴疁囟燃s為 70oC，水礦物質(zhì)化學(xué)類型為CL-Na型，礦化度一般為2g/L。由于水溫較高，水源所含能量較大，館陶組熱儲非常適用于大規(guī)模工業(yè)的供熱，可以利用工業(yè)熱泵技術(shù)充分提高系統(tǒng)負載能力和熱利用率。

5.5 封閉式回灌開發(fā)

對于館陶層地?zé)衢_發(fā)利用可以考慮使用封閉式回灌的開發(fā)利用系統(tǒng)，只用熱不用水，以避免抽取地下水帶來的地下水位沉降。

5.6 改進技術(shù)提高利用率

由于尾水溫度一般均在40度左右，不能及時做到尾水回灌，也可以通過改進技術(shù)對尾水加以利用，提高整體資源利用率，從而降低開采能耗比。如何提高地?zé)豳Y源利用率？除開采水質(zhì)較好、溫度較高的地?zé)崃黧w外，地面利用方案是十分重要的。在供熱系統(tǒng)中以地?zé)崮茏龌A(chǔ)熱負荷將極大地提高地?zé)豳Y源利用率；在技術(shù)采用上，要選擇梯級的、集約化利用模式；采用熱泵技術(shù)可把地?zé)崃黧w中的熱能榨干取凈，尾水溫度降至 80oC；在供暖末端設(shè)備選型上，利用地板輻射采暖技術(shù)和風(fēng)機盤管技術(shù)也是提高地?zé)豳Y源利用率的有效途經(jīng)。

綜上所述，地?zé)崮茉醋鳛榍鍧嵉目稍偕Y源，極大地緩解了能源緊張的壓力，但是由于過度無節(jié)制的開采，地?zé)崂谜w存在著水位降幅較大，水位自動檢測水平較低，整體回灌率較低，能耗比較大，利用較低等一系列問題，導(dǎo)致地表沉降，燒泵現(xiàn)象，熱井干枯等弊端已經(jīng)凸顯。如不重視上述問題，并對資源加以保護，未來將面臨著地?zé)豳Y源全面枯竭的嚴重局面。提高地?zé)豳Y源利用率是一個系統(tǒng)工程，濱海新區(qū)應(yīng)該利用自身經(jīng)濟、政策、技術(shù)優(yōu)勢，確立地?zé)崮茉吹男袠I(yè)標準，建立行業(yè)技術(shù)規(guī)范，進行方案優(yōu)化和嚴格的設(shè)計審查來實施；通過改革技術(shù)提高地?zé)豳Y源利用率，減少地?zé)崴_采量，達到低產(chǎn)高效的目標；同時加大投入確保對地下水位的回饋與補償，以此來提高地?zé)崮茉丛诠嵯到y(tǒng)的可持續(xù)利用率。

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1007-6344（2015）09-0061-02

王少珺(1986-)，女，漢族，現(xiàn)就職于天津外國語大學(xué)后勤管理處，助理工程師，碩士研究生，主要研究方向：供熱管理，能源管理。