可再生能源的优点

人类开发利用后,在相当长的时间内,不可能再生的自然资源叫不可再生资源.主要指自然界的各种矿物、岩石和化石燃料,例如泥炭、煤、石油、天然气、金属矿产、非金属矿产等.这类资源是在地球长期演化历史过程中,在一定阶段、一定地区、一定条件下,经历漫长的地质时期形成的.与人类社会的发展相比,其形成非常缓慢,与其它资源相比,再生速度很慢,或几乎不能再生.人类对不可再生资源的开发和利用,只会消耗,而不可能保持其原有储量或再生.其中,一些资源可重新利用,如金、银、铜、铁、铅、锌等金属资源；另一些是不能重复利 用的资源,如煤、石油、天然气等化石燃料,当它们作为能源利用而被燃烧后,尽管能量可以由一种形式转换为另一种形式,但作为原有的物质形态已不复存在,其形式已发生变化.

通过天然作用或人工活动能冉生更新,而为人类反复利用的自然资源叫可再生资源,又称为更新自然资源,如土壤、植物、动物、微生物和各种自然生物群落、森林、草原、水生生物等.

可再生自然资源在现阶段自然界的特定时空条件下,能持续再生更新、繁衍增长,保持或扩大其储量,依靠种源而再生.

一旦种源消失,该资源就不能再生,从而要求科学的合理利用和保护物种种源,才可能再生,才可能“取之不尽,用之不竭”.土壤属可再生资源,是因为土壤肥力可以通过人工措施和自然过程而不断更新.但土壤又有不可再生的一面,因为水土流失和土壤侵蚀可以比再生的土壤自然更新过程快得多,在一定时间和一定条件下也就成为不能再生的资源.

可再生能源泛指多种取之不竭的能源,严谨来说,是人类有生之年都不会耗尽的能源.可再生能源不包含现时有限的能源,如化石燃料和核能.

大部分的可再生能源其实都是太阳能的储存.可再生的意思并非提供十年的能源,而是百年甚至千年的.

特点是：

1)资源丰富，普遍具备可再生特性，可供人类永续利用；

2)能量密度低，开发利用需要较大空间；

3)不含碳或含碳量很少，对环境影响小；

4)分布广，有利于小规模分散利用；

5)间断式供应，波动性大，对持续供能不利；

6)除水电外，可再生能源的开发利用成本较化石能源高。

可再生能源包括：太阳能、水力、风力、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能等。

特点是它们在自然界可以循环再生。

共性：优于不可再生能源

程万庆1林建旺1韩金树2王坤2刘洋1

（1.天津地热勘查开发设计院；2.天津市国土资源和房屋管理局）

摘要：天津经济建设速度的不断加快，能源需求日益增大，浅层地热能作为地热开发的新领域，其开发利用必将对缓解天津能源供求紧张形势起到积极的作用。通过现有研究资料分析，认为天津地区浅层地热能储量丰富，开发利用前景广阔。

1 前言

地热资源属于可再生能源，据史料记载，我国开发利用地热已有2000多年的历史，是世界上利用地热资源较早的国家之一。自从20世纪70年代，我国开始勘查与开发地热资源，其开发利用发展迅速，利用领域涉及发电、供暖、医疗、洗浴以及工农业生产等，取得了显著的经济、社会和环境效益。尤其是90年代以来，在市场经济需求和利用技术不断发展的推动下，地热资源开发利用得到了更加蓬勃发展，应用范围日益广泛。随着常规能源日益缺乏，地热能等可再生能源的开发利用得到了全世界的重视。2006年1月1日起施行的《中华人民共和国可再生能源法》，将可再生能源的开发利用列为能源的优先领域。

浅层地热能属于地热资源的一部分，指蕴藏在浅层岩土体和地下水中的低温地热资源。在过去的30年里，限于利用技术水平，只注重深部高温位地热能的开发。由于打深井费用偏高，风险大，而地热需求越来越旺盛，随着开发利用新技术的不断出现，人们开始注意浅层低温位地热资源，发现这里也储存着巨大的能源。近几年，浅层地热能利用技术在欧美等发达国家已经很成熟，并得到了广泛应用。在我国则处于起步阶段，尚未对浅层地热能进行系统的勘查评价，开发利用技术有待提高。因此，国土资发［2005］288号文将浅层地热能调查和评价及开发利用方案的试点作为近期国土资源部将开采的地热重点工作之一。

当前，能源供应不足，已经成为制约天津市经济、社会发展的突出矛盾。自20世纪70年代起开始地热勘查和开发利用，地热已经成为天津市重要的补充能源，在一定程度上缓解了能源供求紧张的形势。但随着大规模开发利用造成高品位地热资源的供给不足，急需寻找新的资源，因此，浅层地热能成为今后几年地热开发利用的重点。浅层地热能的勘查和开发在天津基本上还属于空白，而这一部分地热资源潜力巨大，因此，加大加快浅层地热能资源勘查、开发的力度必将对缓解天津能源供求紧张形势起到积极的作用。

2 天津市平原区浅层地温场特征

图1 天津地区浅层地温梯度等值线图

天津市以平原为主，面积占全市总面积的93.7%左右。平原区沉积较厚的新生代松散地层，由于厚度大、比热容高、热传导系数低，而天津地区热流值相对较大，因此，赋存了大量的热量，为浅层地热能的开发利用奠定了基础条件。

地壳的最上部称变温层，是接受太阳辐射能最多的处所，特点是温度随太阳能辐射的大小，有季节性、早晚和晴雨的变化。夏季、中午其顶部可高于30℃，向下温度逐渐降低；冬季凌晨顶部可低于0℃，向下温度逐渐增高。晴天的变化大于阴雨天。变温带之下为恒温层，指一定深度范围内地温常年保持相对恒定的带，天津地区恒温带深度为30m，温度为13.5℃。再下为地热增温带，即以一定的速率向下增温。这种速率又称地温梯度，以每100m增加多少度为单位。在天津地热勘查工作中将地温梯度大于3.5℃/100m称为地热异常。根据天津地热勘查工作中的测温资料可圈出10个地热异常区（见图1），地温梯度在4.5～8.8℃/100m，面积2328km2。其它地区地温梯度一般在2.0～3.5℃/100m。我国目前开发利用浅层地热能的深度在200m，按照一定深度的地温计算公式计算（见公式1）：天津平原区200m深度的温度，在地热异常区为21～28℃，在非地热异常区为17～19℃。随着技术经济条件的提高，利用深度不断增加，则可利用的地热能将会更多。

浅层地热能：全国地热（浅层地热能）开发利用现场经验交流会论文集

式中：T为计算深度的温度（℃）；D1为计算深度（m）；Gi为盖层平均地温梯度（℃/100m）；D2为恒温层埋深（m）；T0为恒温层温度（℃）。

3 天津市浅层地下水资源

天津市南部平原区广泛分布新生代的松散沉积物，第四系与新近系含水层可分为5层。第Ⅰ含水组相当于全新统和上更新统（Q4＋3），底界深度一般在70m以上。第Ⅱ含水组相当于中更新统（Q2），底界深度在180～220m。第Ⅲ含水组大致相当于下更新统上段（ ），底界深度290～310m，第Ⅳ含水组相当于下更新统下段，在隆起区尚包括部分新近系含水组（ ），底界深度370～430m。第Ⅴ含水组为新近系含水组（N2），底界埋深为520～560m。第Ⅰ含水组属于浅层地下水。

第Ⅱ—Ⅴ含水组属深层地下水（表1）。根据天津市地下水资源新一轮评价结果，五层含水组地下水天然资源为18.13×108m3/a，据水文地质条件分析和水资源的多次论证，天津地区有多年稳定补给的地下水资源量，可持续利用的水资源（7～8）×108m3/a。

根据以往地热勘查工作中对天津市平原区近百眼深度在200m左右的浅井的测温资料，水温在17～28℃，由于其温度变化不大，这五个含水层所占据部位的水和气，就成为巨大的能源库，随着低温利用技术的成熟，规模开发利用这部分能源的时机已经成熟。

4 浅层地热能利用技术

热泵是先进的热能利用与节能设备，能有效地利用空气、水体和土壤中蕴藏的低温热能，其具有环保、稳定、高效节能、节省占地空间、低维护、运行费用低和减少环境污染等优点。近年来在世界地热能直接利用中，应用热泵开发浅层地热能已独占鳌头，其装机容量和利用能量均以每年超过20%的速度增长，至2005年，全世界有33个国家已安装了130万台热泵，总装机容量15723MWt。目前浅层地温的利用技术在欧美等发达国家已经很成熟，并得到广泛的应用。我国浅层地热能的开发利用起步较晚，20世纪90年代开始研究和推广地源热泵系统浅层地热能的开发利用技术，2000年以来在全国得到普遍推广。2005年11月中华人民共和国建设部和国家质量监督检验检疫总局联合发布了《地源热泵系统工程技术规范》以指导热泵系统工程的建设。

表1 天津市平原区第四系和部分新近系含水层组划分及各组水文地质特征表

天津有相当丰富的浅层地热能资源，社会发展和人民生活水平不断提高，目前在天津已有多个工程在利用地源热泵系统解决供暖、制冷问题，如梅江居住区、开发区海滨大道、国家安全局资料档案馆、塘沽凯华商业广场等，为天津浅层地热能的开发利用提供了借鉴。因此天津利用热泵开发浅层地热能的技术和资源条件已基本具备，发展前景非常看好。并且在当前能源形势十分严峻的情况下，积极推广热泵技术，规模开发浅层地热能，具有重要的现实意义。

参考文献

［1］天津地热勘查开发设计院.天津市王兰庄地热田普查.1987

［2］天津地热勘查开发设计院.天津热储工程研究.2005

［3］陈墨香等.华北地热.科学出版社，1988

［4］段永侯，王家兵，王亚斌，邢贵发.天津市地下水资源与可持续利用.水文地质工程地质，2004

［5］郑克棪.浅层地热能开发利用的世界现状及在我国的发展前景.全国地热热泵技术培训班教材.2006

可再生能源泛指多种取之不竭的能源，严谨来说，是人类有生之年都不会耗尽的能源。可再生能源不包含现时有限的能源，如化石燃料和核能。

大部分的可再生能源其实都是太阳能的储存。可再生的意思并非提供十年的能源，而是百年甚至千年的。

可再生：

太阳能

地热能

水能

风能

生物质能

潮汐能

靳宝珍 杨永江 李丹 刘斐 高亮

（天津地热勘查开发设计院）

摘要：本文旨在通过对天津地质背景和地温场分布特征的分析，对天津地区浅层地热能特征进行初步探讨，并对今后开展浅层地热能调查和研究提出几点建议，使其得到更为科学合理地开发。

如今成熟的热泵技术使浅层地热能的利用成为了现实，浅层地热能以其储量大、利用方便、对环境危害极小等优点，逐步登上了能源利用的大舞台，现今越来越多的目光转向了这个潜力巨大的能源宝库。这种很有市场前景的新能源，对缓解我国优质能源瓶颈和改善环境质量起到积极的作用。但是目前热泵系统的推广呈现出很大的盲目性，许多项目在没有对当地能储量情况进行充分调查评价的条件下，就匆匆上马，造成了地源热泵系统工作不正常，影响了地源热泵系统的进一步推广与应用。因此对浅层地热能的基础性研究是极具前瞻性的课题。

天津市依山傍海，地下蕴含着丰富的浅层地热能，30多年来地热工作者在地热研究领域进行了大量的勘查及相关研究工作，取得了丰硕的科研成果。但是由于科学技术水平等的限制，以往的地热能开发只侧重于40℃以上的地热水，对浅层地热能的研究几乎是一片空白。如今随着热泵等高新技术的发展，地热能的利用范围得到了很大拓展，潜能巨大的浅层地热能已不再沉睡，相关的利用已在多个示范工程中相继展开，而其基础性调查研究也成为用户及管理部门关注的焦点。

浅层地热能的形成与本区的地质背景是息息相关的，不同地区地层发育和构造特征不同，大地热流亦不相同，因此蕴含的能量也不尽相同。下面从天津地区地质构造特征、地温场特征分析全区浅层地热能的地质背景及特征。

1 地质背景

1.1 构造特征

天津在我国构造体系中，属于Ⅰ级构造单元华北准地台的北部，纵跨两个Ⅱ级构造单元，即燕山台褶带和华北断坳区，其间以宁河-宝坻断裂为界，断裂以北为基岩出露或浅埋区，属Ⅱ级构造单元燕山台褶带中段的次一级（Ⅲ级）构造单元蓟宝隆褶，该区发育的断裂以近东西向为主导。

宁河-宝坻断裂以南为平原区，属于Ⅱ级构造单元华北断坳区的东北部，分布于太行山隆起以东，燕山褶皱带以南，向东延伸于渤海，是中新生代形成的断陷、坳陷盆地，进一步划分自西而东分别为冀中坳陷、沧县隆起和黄骅坳陷三个Ⅲ级构造单元，其间分别以古近系缺失线和沧东断裂为界。断裂可划分为三组：北东－北北东向、北西向和近东西向。北北东向的断裂有沧东断裂、天津断裂、白塘口西断裂、白塘口断裂、白塘口东断裂，北西西向的断裂有海河断裂、汉沽断裂、宁河断裂，近东西向的断裂有王草庄断裂、牛蹄河断裂等。这些断裂活动最强烈的是北北东向断裂。当然，这是就总体相对特征而言，这几组断裂亦存在多期活动和相互切错特征。大部分断裂是继承性断裂，其总体特征为规模大、产状陡、切割深、倾向各异。东西向断裂一般南倾；北东—北北东向断裂大多倾向南东，部分倾向北西；北西向断裂一般倾向南西。这些断层多为正断层，或以正断活动为主，有的切穿了结晶基底和地壳，有的切穿了莫霍面而深达上地幔。这些断裂共同控制着盆地的发展和演化以及其内部的二、三级构造单元。这种隆起与坳陷相间排列及多期断裂的交叉分布构成了天津地质构造格局。

1.2 地层发育概况

天津北部地区主要为山区和基岩浅埋区，新生界地层较薄，一般200m左右；南部平原区由于新生代以来断陷活动强烈，使该区沉积了巨厚的新生界地层，相应的地层发育较全，为一套砂泥互层的碎屑沉积，从上至下分别为第四系、新近系的明化镇组和馆陶组、古近系的东营组和沙河街组及孔店组，冀中坳陷和黄骅坳陷新生界厚度多在3000m以上，而在沧县隆起区新生界厚度1000m左右；新生界之下发育从中生界至中新元古界基岩地层。

2 地温场特征

据多年来地热勘查成果，宁河-宝坻断裂以南新生界地层比较发育，厚度在800m以上，是较为理想的热储盖层，具备储存浅层地热能的条件。在已勘探的4km深度范围内，地壳浅部地温的分布状况受基岩凹凸相间的地质构造格局的控制，在平面上按一定的高低相间的带状特点展布，相对高温区与基岩凸起区一致，相对低温区与基岩凹陷区相对应。本区以地温梯度3.5℃/100m等值线为界，划分出十个地热异常区（图1），地热异常区的展布主要方向为北北东向，部分为北西向，而且大多分布在沧县隆起及拗陷中的凸起区。有些断裂深大断裂如海河断裂、沧东断裂、白塘口西断裂分别对山岭子地热异常区、万家码头地热异常区和王兰庄地热异常区的分布起着重要的控制作用。所以，地温场在平面的展布状态主要受地质构造的影响。

3 天津地区浅层地热能特征概况

宁河-宝坻断裂以北大部分为山区，只有少部分地区为基岩浅埋区，松散的新生界厚大多为100～300m，不利于热量的保持，另外由于受地下水强径流的干扰，使地温明显降低，与平原区正常的地热增温规律有明显的不同，造成了该区地温梯度普遍偏低，约2℃/100m，因此该地区浅层地能储量相对较小。

宁河-宝坻断裂以南的广大平原区，新生界地层在垂直方向上由地表向地下可划分出三个地温带：表层0～30m为变温带，其温度主要受太阳辐射热流、表层岩石和植被、建筑等因素的影响，有昼夜变化、年变化和多年变化周期，温度变幅随深度增加而减小，大约在30m深度为地温恒温带，基本不受气候影响，温度基本稳定在13.5℃左右；恒温带以下为地热增温带，其温度主要受地球深部热流、岩石热导率、地质构造、水文地质等因素的影响，总的规律是随着深度的增加地温亦增加，增加的幅度随着地温增温率的不同而有所差异。

图1 天津市地热异常区分布图

由地温场分布特征可以看出，宁河-宝坻断裂以南广大平原区储存有大量的浅层地热能，由于不同地区大地热流的分布不同，同等深度范围内其地热能储量和可再生的能量也不尽相同，在同等能量的需求中，在地热异常区的采集深度较浅，反之则相对较深。据统计全区地温梯度在2～6.31℃/100m，25℃地温埋深为168～605m，40℃地温埋深为349～1355m，参照区域上的热物理参数进行粗略估算，13.5～25℃地层蕴藏的热量约为3.6×1016kJ，折合标准煤1.23×109t标准煤，折合电能1.0×1013kW·h。当周期性地从恒温层及其以下浅层地层中提取能量时（冬季提取热量，夏季提取冷量），地温也会周期性的提供该种能量。

浅层地热能虽然储量巨大、可再生，但对于不同地域不同的水文地质条件，其开发利用还是要有选择的，采集的规模多大，用何种方式，开采能量不能过度，当这种提取超过一定的额度，地温也会像弹簧一样，发生不可恢复的“形变”，不仅影响经济性、安全性，还会造成地下水文地质条件的破坏。

综上所述，本区储存了十分丰富的浅层地热能，它作为一种清洁的低品位可再生能源，不仅地热能量是常年稳定的、天然的、可重复利用的，而且其潜能巨大，具有极大的环保性能，是不应被忽视的新能源。只要采集能量设计合理、工艺手段恰当，热泵系统的能量平衡是相对稳定的，开发利用浅层地热能有着广阔的前景。

4 浅层地热能调查评价工作过程中的几点建议

4.1 围绕查明浅层地热能特征及评价浅层地热能储量所需参数进行调查

由于天津地区蕴含浅层地能的层位不是以往地热工作的重点，所以缺乏第四系甚至明化镇组上段的资料，包括没有岩土密度、岩土比热、流体密度、平均比热容、岩土的孔隙度及其它热物理参数的准确数据，同时在地热井的物探测试工作中，对于500m以浅的层，基本没有进行过物探测井，对其岩性没有系统的资料可以利用，因此调查工作的布置应围绕查明浅层地热能特征及评价浅层地热能储量所需参数进行。需要的主要数据及参数为：地层岩性及分布范围、埋藏深度、垂向地温梯度的变化、岩土密度及比热容，岩土的孔隙度等。

4.2 全面收集全区基础性地质资料

在地温调查及相关研究工作中，收集资料是一个不容忽视的基础性工作，它对了解本区研究程度及工作布置起着至关重要的作用。主要是全面收集全区基础地质、构造地质、钻探（包括石油井、地热井及部分第四系井）、物探（包括数字地震、大地电磁测深、高精度重力、航磁）、化探、水文和地热勘查资料，并进行综合分析和整理，了解工作区工作程度及存在的问题，针对需要解决的问题布置工作量，避免重复工作。因为以往工作重点是深层地热井，而对第四系井及明化镇组上段顶部的资料不太关注，因此这方面资料的收集是一个重点，以分析本区地质构造特征及地层（尤其是13.5～40℃之间的地层岩性、分布、产状、埋深、厚度等）情况。

4.3 开展野外浅层地热能地质调查

野外调查是地质调查的主要手段，也是地温场调查的基础，因此该项目是调查工作必要的一个环节，通过对全区已有井孔的分布、取水段、取水层温度、浅层地热能利用现状及地能开采量进行调查，能更好地了解区内可利用工作现状，为各项工作的布置提供依据。

4.4 地球物理勘查

（1）现有物探成果的二次解译。利用人工地震、重磁及钻孔的物探测井等资料，分析区内地层发育情况，所处构造位置及断裂发育特征，查明断裂的活动性及其时代，以确定其对浅层地温的影响。在浅层地能的调查研究工作中，与以往工作不同的是物探工作侧重浅部，应首先结合近年来资料及其它工作对已有物探资料，尤其是重磁资料进行二次开发，然后在必要的地区布置适量的物探工作。

（2）大地热流值、地温场调查。在浅层地能的调查研究工作中，最为关键的参数之一是大地热流值，主要通过井孔温度测量等方法查明区内地温的空间变化规律，测量不同地层的地温梯度，同时采集相应层段的岩样，测定岩石的热导率。

5 钻探工作

在浅层地能调查研究工作中，如何取得比较合理的参数是解决问题的关键，而获得参数的方法可以利用已有钻孔，但有些是已有条件不能满足的，有的地区甚至是空白，比如垂向地温梯度及地层的热物理参数等资料严重缺乏，因此一般需要布置必要的钻探工作，钻探尽量与当地利用规划和需求相结合，钻孔应布置在有代表性的位置，据沉积物沉积环境的不同，从北到南，从西到东进行布置，目的是查明地层岩性、结构、构造、地温变化、热储渗透率、地热流体压力及其物理性质、化学组成，取得代表性的计算参数。

6 建立浅层地热能综合利用示范基地

浅层地热能调查工作中后期，有了阶段性成果后，为了促进成果社会化，应结合调查工作筹建浅层地热能综合利用的示范基地，设计供暖制冷面积，进行地点的选择、设备的购置安装与调试、运行情况的跟踪评价，最后提交综合调查研究评价报告，为热泵技术在本区的适用性提供范例。

如今能源已成为经济发展的“指南针”，天津地区浅层地热能丰富，对其进行调查研究与开发是当务之急，它必将为天津市可持续发展及环境保护作出积极贡献。