乌鲁木齐市浅层地温能调查评价初步认识

乌鲁木齐市浅层地温能调查评价初步认识

张娟马文祥

张娟马文祥

（新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆乌鲁木齐830000）

摘要：浅析了乌鲁木齐市浅层地温能的开发利用现状及其面临的机遇和挑战。

关键词：乌鲁木齐市；浅层地温能；开发利用

1浅层地温能与地热资源的区别

浅层地温（热）能是蕴藏在地表以下一定深度范围内岩土体、地下水等地质体中具有开发利用价值的热能，是指通过地源热泵换热技术利用的蕴藏在地表以下恒温带至200m以内，温度相对稳定，受地域和气候环境影响不大，温度低于25℃的热能。

地热资源是指能够经济的为人类所利用的地球内部的热资源。目前可利用的地热资源有：天然出露的温泉地热资源；通过热泵技术可开采利用的浅层地热资源；通过人工钻井直接开采利用地热水（汽）资源和干热岩体中的地热资源。

浅层地温能从不同分类角度可以划归为：可再生能源，清洁能源，非燃料能源、新能源、过程能源、低品位能源和非商品能源。与传统意义上的地热相比，具有分布广泛、储量巨大、可循环再生、清洁环保、经济实惠、安全性强和可就近利用等优点，符合循环经济发展需求。

浅层地温能资源具有资源和能源的双重属性，但与其它的固体、液体、气体矿产资源不同，也与太阳能、水能等不同，在地球的表层都有分布，在适合的地方都可以开发利用。

2浅层地温能的开发利用

浅层地温能存在的本质是冬、夏两季地层中比较恒定的温度与外界空气存在较大的反向温差，利用浅部地层进行热能储存，即冬天利用地热源向建筑物供热，将建筑物交换后的冷源回灌入地层中，夏季将建筑物交换后的热能又回灌到地层中储存，因此，它可以季节性地成为地源热泵系统的低温冷、热源，通过消耗少量的机械能，为建筑物供暖制冷。浅层地温能开发是通过地源热泵系统实现的，地源热泵系统主要由地下换热系统、热泵机组和室内末端系统三部分组成。地下换热系统可分为地埋管、地下水和地表水换热系统；热泵机组主要由蒸发器、冷凝器、压缩机和节流阀组成；室内末端系统则由风机盘管、地板采暖散热器、毛细管等构成。

浅层地温能的开发利用就是通过热泵技术的热交换方式，将赋存于地层和地下水中的低位能转化为可以利用的高位能，达到供热制冷的目的。热泵技术原理主要是通过压缩机做功，用冷凝器排出的热量进行供热，用蒸发器吸收的热量进行制冷。

浅层地温能通过热泵技术进行采集，为建筑物供暖制冷，也可以为设施农业生产提供适宜的气温气候，与常规供暖技术相比可节能50%至60％，运行费用降低30%至70％。浅层地温能资源开发利用可以替代煤炭等非清洁，对于节能减排有积极效应。

3项目背景

我国的社会、经济发展，需要从行政区域或者自然单元的尺度勘查浅层地热能的分布规律、划分适宜区域和评价换热量。政府需要这些成果作为浅层地热能开发规划的依据，地源热泵的用户需要根据这些成果来规避风险，提高成功率。这是一项公益性和基础性的地质调查。

2008年12月3日，国土资源部下发《关于大力推进浅层地热能开发利用的通知》（国土资发〔2008〕249号），对全国浅层地热能开发利用工作进行部署，总体思路是坚持“摸清条件、统一规划；大力推进、强化监管；合理开发、永续利用”的工作原则。为此，中国地质调查局组织实施了2011年地质矿产调查评价专项“全国重点城市浅层地温能调查评价”计划项目，就此拉开了全国性的浅层地温能合理开发和科学利用的序幕。

4乌鲁木齐市浅层地温能资源

乌鲁木齐市地处欧亚大陆腹地，属中温带大陆性干旱气候。夏季比较凉爽，冬季漫长寒冷，具有温差大，寒暑变化剧烈、春秋转瞬即逝的特点。区内降水量少，且分布不均；蒸发强烈，干燥多风，多年平均气温6.5℃，地下水温度多年平均12.5℃。乌鲁木齐市供暖时间在6个月，制冷时间在1~2个月。

乌鲁木齐市地处北天山北坡，准噶尔盆地南缘，总体地势南部、东部高，中部、北部低，可分为山区和平原两大地貌单元，其中，中心城区的沙依巴克区、水磨沟区、新市区及米东区南部地段、乌鲁木齐县南部北侧地段大部分以侵蚀、剥蚀低山丘陵及黄土斜梁地貌为主，头屯河区、米东区北部基本为山前冲洪积倾斜平原和冲积细土平原。

中心城区第四系孔隙含水层分布较广，第四系厚度较大，含水层岩性以卵砾石、砂砾为主，主要分布在沙依巴克区的河谷地段以及头屯河区、米东区北部的山前冲洪积倾斜平原区，该区地层渗透性好，富水性强，水位埋深相对较浅，地下水多年平均气温该区域开凿热源井抽灌地下水容易，是采用地下水地源热泵系统的首选区域；而东西两侧的低山丘陵区以及鲤鱼山隆起地带，包括沙依巴克区、水磨沟区、新市区及米东区南部地段、乌鲁木齐县南部北侧地段以侵蚀、剥蚀低山丘陵及黄土斜梁地貌为主的区域，以碎屑岩类孔隙裂隙水为主，岩性以泥岩、砂岩和砾岩为主，该区域含水层渗透性较差，地下水分布不均匀，富水性较差，不宜实施地下水地源热泵系统，但作为地埋管地源热泵系统则较为适宜。

5乌鲁木齐市浅层地温能开发利用现状

乌鲁木齐市最早开发利用浅层地热能始于2008年。目前主要利用方式为污水源热泵系统和地下水地源热泵系统，地埋管（竖直埋管）地源热泵系统数量最少。截至2010年底，乌鲁木齐地区污水源热泵系统为8个，供暖（制冷）为268500平方米，地下水源热泵系统为13个，供暖（制冷）为137350平方米，地埋管地源热泵系统项目仅2个，供暖（制冷）为40500平方米，总供暖（制冷）面积约为446350平方米。

乌鲁木齐地区浅层地温能地下水地源热泵系统主要分布在市区、达坂城区及甘泉堡工业园区等乌鲁木齐市及周边地区。其中污水源热泵系统主要与城市污水处理厂结合，采用城市污水处理厂的中水；地下水地源热泵系统全区均有分布，主要开采第四系松散岩类孔隙水，地下水采灌井比例多为1∶1，个别地下水源热泵工程未全部回灌，部分作为生产生活用水使用；地埋管地源热泵系统应用项目分布在乌鲁木齐市北侧新市区的基岩浅埋区，采用双U地埋管方式，取热地层深度为100~150m，埋管间距为4~5m。

中心城区内污水源热泵系统为8个，供暖（制冷）为268500平方米，地下水地源热泵系统为5个，供暖（制冷）为68550平方米，地埋管地源热泵系统项目仅1个，供暖（制冷）为40500平方米，总供暖（制冷）面积约为23000平方米。

乌鲁木齐浅层地温能开发利用主要以冬季供暖为主，供暖末端多为地暖管。开发利用工程适用范围较广，利用单位类型包括企事业单位办公楼、科研院所、学校、医院、住宅小区等。

6面临的机遇和挑战

乌鲁木齐市2015年城市规划土地使用面积不明确，《乌鲁木齐市城市总体规划修编（2011-2020年）》提出了城市发展方向“南控、北扩、先西延、后东进”的原则，但构建的城北新区（会展中心片区）、高铁新区、米东区、甘泉堡工业区、西山新区、三坪新区、老城区等尚不够准确，土地利用现状不清楚，调查评价的重点区域难以划定。

《乌鲁木齐市城市总体规划修编（2011-2020年）》中提出了绿洲可持续发展战略，即“推行低碳理念，走生态、循环型的城镇化和工业化道路”；环境保护规划则要求构筑系统安全的绿色生态格局，优化调整能源结构，大力发展清洁能源和可再生能源，积极推进全社会节能减排工作，但供热工程规划2020年，预计全市总供热面积达28000万平方米，其中，热电联产供热占50%；大型燃煤集中供热占5%；清洁能源供热占40%；分散供热占5%。规划热负荷约为16531MW，以热电联产和区域锅炉房供热为主，以电、气、油供热为辅，但并未提及可再生能源要达到的供热比例。