北京市淺層地溫能資源評價及開發(fā)利用前景分析

1、北京市淺層地溫能資源評價及北京市淺層地溫能資源評價及開發(fā)利用前景分析開發(fā)利用前景分析 王立發(fā)王立發(fā) 江劍江劍 董殿偉董殿偉北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局北京市地質(zhì)工程勘察院北京市地質(zhì)工程勘察院北京市水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊北京市水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊2009.10主要內(nèi)容主要內(nèi)容o一、一、 “北京市平原區(qū)淺層地溫能資源地質(zhì)勘查北京市平原區(qū)淺層地溫能資源地質(zhì)勘查”項目概況項目概況 o二、北京市平原區(qū)區(qū)域特征二、北京市平原區(qū)區(qū)域特征o三、淺層地溫能評價三、淺層地溫能評價 o四、熱泵的適宜性條件區(qū)劃四、熱泵的適宜性條件區(qū)劃 o五、淺層地溫能開發(fā)利用現(xiàn)狀及特點五、淺層地溫能開發(fā)利用現(xiàn)狀及特

2、點 o六、北京市開發(fā)利用淺層地溫能的優(yōu)勢及前景六、北京市開發(fā)利用淺層地溫能的優(yōu)勢及前景 北京平原區(qū)淺層地溫能資源地質(zhì)勘查項目o 北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局20062008年實施完成的年實施完成的“北京北京平原區(qū)淺層地溫能資源地質(zhì)勘查項目平原區(qū)淺層地溫能資源地質(zhì)勘查項目” 共設(shè)置了共設(shè)置了“北京地區(qū)淺層北京地區(qū)淺層地溫能資源開發(fā)利用現(xiàn)狀調(diào)查地溫能資源開發(fā)利用現(xiàn)狀調(diào)查”、“典型地區(qū)淺層地溫能資源開典型地區(qū)淺層地溫能資源開發(fā)利用相關(guān)參數(shù)研究發(fā)利用相關(guān)參數(shù)研究”、“北京平原區(qū)淺層地溫能資源專項地質(zhì)北京平原區(qū)淺層地溫能資源專項地質(zhì)勘查勘查”、“北京平原區(qū)淺層地溫能開發(fā)利用監(jiān)測站網(wǎng)建

3、設(shè)及環(huán)境北京平原區(qū)淺層地溫能開發(fā)利用監(jiān)測站網(wǎng)建設(shè)及環(huán)境影響評估影響評估”和和“淺層地溫能資源開發(fā)利用經(jīng)濟效益分析研究淺層地溫能資源開發(fā)利用經(jīng)濟效益分析研究”五五個專題，首次對北京平原區(qū)淺層地溫能資源賦存、開發(fā)利用條件個專題，首次對北京平原區(qū)淺層地溫能資源賦存、開發(fā)利用條件和資源量等內(nèi)容進行了系統(tǒng)調(diào)查評價，建立了淺層地溫能資源調(diào)和資源量等內(nèi)容進行了系統(tǒng)調(diào)查評價，建立了淺層地溫能資源調(diào)查評價方法體系，初步分析了北京平原區(qū)淺層地溫能資源潛力，查評價方法體系，初步分析了北京平原區(qū)淺層地溫能資源潛力，對北京平原區(qū)淺層地溫能的開發(fā)利用方式適宜性進行了分區(qū)，詳對北京平原區(qū)淺層地溫能的開發(fā)利用方式適宜性進行了

4、分區(qū)，詳細分析了淺層地溫能資源開發(fā)利用的能耗等。細分析了淺層地溫能資源開發(fā)利用的能耗等。 地理概況北京市地處華北平原的西北邊北京市地處華北平原的西北邊緣，全市土地面積。地勢西北高、緣，全市土地面積。地勢西北高、東南低，西、北、東三面環(huán)山，東南低，西、北、東三面環(huán)山，西部山區(qū)統(tǒng)稱為西山，屬太行山西部山區(qū)統(tǒng)稱為西山，屬太行山脈；北部山區(qū)統(tǒng)稱軍都山，屬燕脈；北部山區(qū)統(tǒng)稱軍都山，屬燕山山脈；東南部是一片緩緩向渤山山脈；東南部是一片緩緩向渤海傾斜的平原。北京平原區(qū)面積海傾斜的平原。北京平原區(qū)面積6400km2，海拔高度，海拔高度1055m，西北部地勢高，東南部地勢低，西北部地勢高，東南部地勢低，平均坡度

5、平均坡度1-2，是典型的山前傾，是典型的山前傾斜平原地形。斜平原地形。 水文o北京市有五大水系分別是：大清河水系、永定河水系、北運河水系、潮白河水系、薊運河水系 氣候條件北京氣候為典型的暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，夏季北京氣候為典型的暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，夏季炎熱多雨，冬季寒冷干燥，春、秋短促。年平均氣溫炎熱多雨，冬季寒冷干燥，春、秋短促。年平均氣溫1012，1月氣溫最低，月平均月氣溫最低，月平均-7-4，7月氣溫最高，月平月氣溫最高，月平均均2526。極端最低。極端最低-27.4，極端最高，極端最高42以上。以上。2005年平均氣溫為年平均氣溫為13.2，二月份最冷，平均氣溫，二月份最

6、冷，平均氣溫-2.9，七月份，七月份最熱，平均氣溫最熱，平均氣溫27.9。高溫，低溫度可分別超過。高溫，低溫度可分別超過40 和和-20 以下。以下。 水文地質(zhì)條件水文地質(zhì)條件水文地質(zhì)條件水文地質(zhì)條件地下水系統(tǒng)劃分1）拒馬河沖洪積扇孔隙水系統(tǒng)；拒馬河沖洪積扇孔隙水系統(tǒng)； 2）永定河沖洪積扇孔隙水系統(tǒng)；永定河沖洪積扇孔隙水系統(tǒng)；3）潮白河潮白河-薊運河沖洪積扇孔隙水薊運河沖洪積扇孔隙水系統(tǒng)系統(tǒng)(區(qū)區(qū)) ：）南口沖洪積扇及山前河流洪沖積平原孔）南口沖洪積扇及山前河流洪沖積平原孔隙水子系統(tǒng)（隙水子系統(tǒng)（1區(qū)）區(qū)）潮白河沖洪積扇子系統(tǒng)（）潮白河沖洪積扇子系統(tǒng)（2區(qū)）區(qū)）薊運河沖洪積扇子系統(tǒng)（）薊運河沖

7、洪積扇子系統(tǒng)（3區(qū)）區(qū)） 由此可見，北京市平原區(qū)具有由此可見，北京市平原區(qū)具有良好的地溫背景條件和水文地質(zhì)條良好的地溫背景條件和水文地質(zhì)條件，為淺層地溫能的利用提供了條件，為淺層地溫能的利用提供了條件。件。 北京市平源區(qū)淺層地溫能評價 o選用靜態(tài)儲量法對北京平原區(qū)淺層地溫能進行了計算，首先確定潛水水位，再確定主要地層厚度、物性參數(shù)。o在潛水位以上為包氣帶，其下為含水層和相對隔水層，熱量儲存于巖土體顆粒、包氣帶的空氣及巖土體含的水中，熱儲法分別計算儲熱量，并進行累加。 參數(shù)確定參數(shù)確定o可以確定主要參數(shù)分為評價范圍參數(shù)和巖土體物性參數(shù)兩個方面，可以確定主要參數(shù)分為評價范圍參數(shù)和巖土體物性參數(shù)兩個

8、方面，分別如下：分別如下：o1）選定的評價區(qū)范圍為北京平原區(qū)）選定的評價區(qū)范圍為北京平原區(qū)6400km2；o2）主要計算適宜區(qū)的淺層地溫能資源，巖土體底面埋深分地下水式）主要計算適宜區(qū)的淺層地溫能資源，巖土體底面埋深分地下水式和地埋管式分別確定：地下水式地源熱泵適宜區(qū)為和地埋管式分別確定：地下水式地源熱泵適宜區(qū)為100m，第四系厚，第四系厚度小于此值時按照實際深度選?。坏芈窆苁降卦礋岜眠m宜區(qū)為度小于此值時按照實際深度選?。坏芈窆苁降卦礋岜眠m宜區(qū)為150m，第四系厚度小于此值時按照實際深度選取；第四系厚度小于此值時按照實際深度選取；o3）巖土體孔隙率、巖土體天然含水率等參數(shù)是通過取樣、土樣分析）

9、巖土體孔隙率、巖土體天然含水率等參數(shù)是通過取樣、土樣分析測試獲得；測試獲得；o4）巖土體比熱容選取經(jīng)驗數(shù)據(jù)進行計算評價；）巖土體比熱容選取經(jīng)驗數(shù)據(jù)進行計算評價；o5）本次計算靜態(tài)儲量選擇溫差）本次計算靜態(tài)儲量選擇溫差1。 評價結(jié)果區(qū)縣區(qū)縣資源量資源量（kj）區(qū)縣區(qū)縣資源量資源量區(qū)縣區(qū)縣資源量資源量昌平2.1981013密云3.1281013海淀1.3551014朝陽1.9661014平谷9.41013懷柔5.6421013大興3.3721013石景山1.551014門頭溝8.011012房山9.651013市區(qū)1.4821014通州3.5461014豐臺5.4021013順義3.2561014

10、合計1.91015經(jīng)計算，北京平原區(qū)淺層地溫能靜態(tài)儲量為1.91015kj，即5.391011kwh, 折合標準煤6620萬t。 熱泵的適宜性條件區(qū)劃熱泵的適宜性條件區(qū)劃 只有在淺層地?zé)崮苜Y源開發(fā)利用規(guī)劃和地下水式地源熱泵項目適宜區(qū)劃分、地埋管系統(tǒng)經(jīng)濟性分區(qū)的基礎(chǔ)上，才能正確選擇開發(fā)利用方式，進一步進行工程勘查。因此，開發(fā)分區(qū)是淺層地?zé)崮芄こ炭辈樵u價的前提、勘查評價方法選擇的依據(jù)、應(yīng)用系統(tǒng)方式初步選擇的依據(jù)，依據(jù)地質(zhì)條件的分區(qū)，可以初步確定熱泵系統(tǒng)的方式。 區(qū)劃原則區(qū)劃原則 本次進行淺層能適宜性區(qū)劃的源則為地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，水文地質(zhì)條件為本次進行淺層能適宜性區(qū)劃的源則為地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，水文地質(zhì)條

11、件為依托，熱泵應(yīng)用技術(shù)做媒介，經(jīng)濟與效益相結(jié)合的原則，地?zé)崮荛_發(fā)利用與依托，熱泵應(yīng)用技術(shù)做媒介，經(jīng)濟與效益相結(jié)合的原則，地?zé)崮荛_發(fā)利用與地質(zhì)環(huán)境保護相結(jié)合，平面劃分與垂向控制相結(jié)合。地質(zhì)環(huán)境保護相結(jié)合，平面劃分與垂向控制相結(jié)合。地質(zhì)條件為基礎(chǔ)：地質(zhì)條件為基礎(chǔ)：地質(zhì)條件是淺層地?zé)崮苜Y源賦存的基礎(chǔ)條件，巖土體地質(zhì)條件是淺層地?zé)崮苜Y源賦存的基礎(chǔ)條件，巖土體的結(jié)構(gòu)、物質(zhì)組成、顆粒度和熱導(dǎo)率等物理性質(zhì)因素制約著形成淺層地?zé)崮艿慕Y(jié)構(gòu)、物質(zhì)組成、顆粒度和熱導(dǎo)率等物理性質(zhì)因素制約著形成淺層地?zé)崮苜Y源的物質(zhì)基礎(chǔ)。資源的物質(zhì)基礎(chǔ)。水文地質(zhì)條件為依托：水文地質(zhì)條件為依托：巖土體含水率、含水層分布、水動力條件、地下巖

12、土體含水率、含水層分布、水動力條件、地下水徑流特點給能量的流動創(chuàng)造了有利的條件，地下水的作用不容忽視。水徑流特點給能量的流動創(chuàng)造了有利的條件，地下水的作用不容忽視。熱泵應(yīng)用技術(shù)是媒介：熱泵應(yīng)用技術(shù)是媒介：實現(xiàn)資源的有效開發(fā)利用是熱泵技術(shù)，目前淺層實現(xiàn)資源的有效開發(fā)利用是熱泵技術(shù)，目前淺層地?zé)崮苜Y源的開發(fā)利用主要方式有水源式熱泵和地源式熱泵兩種形式。地?zé)崮苜Y源的開發(fā)利用主要方式有水源式熱泵和地源式熱泵兩種形式。經(jīng)濟與效益相結(jié)合的原則：經(jīng)濟與效益相結(jié)合的原則：以當(dāng)前的技術(shù)和經(jīng)濟條件下，選擇經(jīng)濟與效以當(dāng)前的技術(shù)和經(jīng)濟條件下，選擇經(jīng)濟與效益最好的開發(fā)利用方式是理智的。益最好的開發(fā)利用方式是理智的。 區(qū)

13、劃方法區(qū)劃方法 分區(qū)評價方法采用層次分析法。層次分析法分區(qū)評價方法采用層次分析法。層次分析法（analytic hierarchy process,簡記簡記ahp）是等）是等人在人在1970年代提出的一種能有效地處理決策問題的年代提出的一種能有效地處理決策問題的實用方法，是一種定性和定量相結(jié)合的，系統(tǒng)化，實用方法，是一種定性和定量相結(jié)合的，系統(tǒng)化，層次化的分析方法。這種方法將決策者的經(jīng)驗判斷層次化的分析方法。這種方法將決策者的經(jīng)驗判斷給與數(shù)量化，在目標因素結(jié)構(gòu)復(fù)雜且缺乏必要數(shù)據(jù)給與數(shù)量化，在目標因素結(jié)構(gòu)復(fù)雜且缺乏必要數(shù)據(jù)的情況下使用更為方便，因而，在實踐中得到廣泛的情況下使用更為方便，因而，在

14、實踐中得到廣泛應(yīng)用。應(yīng)用。 評價分區(qū)結(jié)果評價分區(qū)結(jié)果 根據(jù)淺層地溫能適宜性區(qū)劃結(jié)果，北京平原區(qū)地下水根據(jù)淺層地溫能適宜性區(qū)劃結(jié)果，北京平原區(qū)地下水式地源熱泵適宜區(qū)和較適宜區(qū)主要位于永定河沖洪積扇、式地源熱泵適宜區(qū)和較適宜區(qū)主要位于永定河沖洪積扇、潮白河沖洪積扇和拒馬河沖洪積扇的中上部，第四系顆粒潮白河沖洪積扇和拒馬河沖洪積扇的中上部，第四系顆粒較粗，巖性以砂礫石或砂卵礫石為主，含水層賦水性好，較粗，巖性以砂礫石或砂卵礫石為主，含水層賦水性好，單井出水能力較大，地層回灌能里也好，適宜和較適宜區(qū)單井出水能力較大，地層回灌能里也好，適宜和較適宜區(qū)面積為面積為1345km2。地埋管適宜區(qū)和較適宜區(qū)則位

15、于各沖洪。地埋管適宜區(qū)和較適宜區(qū)則位于各沖洪積扇中下部，地層顆粒細，含水層回灌能力差，而地層可積扇中下部，地層顆粒細，含水層回灌能力差，而地層可鉆性強，適宜和較適宜區(qū)面積鉆性強，適宜和較適宜區(qū)面積3496 km2。 評價分區(qū)結(jié)果評價分區(qū)結(jié)果因此，對于因此，對于北京平原區(qū)，在沖北京平原區(qū)，在沖洪積扇中上部適合洪積扇中上部適合用地下水式地源熱用地下水式地源熱泵系統(tǒng)開發(fā)利用淺泵系統(tǒng)開發(fā)利用淺層地溫能資源，在層地溫能資源，在沖洪積扇下部及沖、沖洪積扇下部及沖、洪積平原區(qū)適合用洪積平原區(qū)適合用地埋管方式開發(fā)利地埋管方式開發(fā)利用淺層地溫能。用淺層地溫能。 淺層地溫能開發(fā)利用現(xiàn)狀淺層地溫能開發(fā)利用現(xiàn)狀據(jù)不完

16、全統(tǒng)計，截止據(jù)不完全統(tǒng)計，截止到到2007年年9月底，北京市地月底，北京市地源熱泵項目數(shù)量已達到源熱泵項目數(shù)量已達到479個，服務(wù)面積已達近個，服務(wù)面積已達近1000萬。萬。其中，地下水式地源熱泵項其中，地下水式地源熱泵項目數(shù)量為目數(shù)量為415個，服務(wù)面積個，服務(wù)面積800多萬多萬 m2，占，占81%，地埋，地埋管式地源熱泵項目管式地源熱泵項目64個，服個，服務(wù)面積務(wù)面積200多萬多萬 m2，占，占19%。 淺層地溫能開發(fā)利用特點淺層地溫能開發(fā)利用特點 北京地區(qū)淺層地溫能開發(fā)北京地區(qū)淺層地溫能開發(fā)利用工程服務(wù)功能以冬季供暖利用工程服務(wù)功能以冬季供暖和夏季制冷為主，兼顧提供生和夏季制冷為主，兼顧

17、提供生活熱水，少量項目有加熱游泳活熱水，少量項目有加熱游泳池（如解放軍總參謀部管理局池（如解放軍總參謀部管理局游泳館項目，北京人民警察學(xué)游泳館項目，北京人民警察學(xué)院項目）、加熱景觀水池（如院項目）、加熱景觀水池（如國家大劇院項目）和溫室大棚國家大劇院項目）和溫室大棚（北方苗木基地供暖系統(tǒng)改造（北方苗木基地供暖系統(tǒng)改造工程項目）等功能?？梢姡毓こ添椖浚┑裙δ?。可見，地源熱泵技術(shù)在北京市得到了快源熱泵技術(shù)在北京市得到了快速的發(fā)展，而且應(yīng)用范圍比較速的發(fā)展，而且應(yīng)用范圍比較廣泛。廣泛。 北京市開發(fā)利用淺地溫能的優(yōu)勢北京市開發(fā)利用淺地溫能的優(yōu)勢o研究程度相對較高研究程度相對較高 o自然地理條件優(yōu)越自

18、然地理條件優(yōu)越 o 儲量巨大，環(huán)境效益明顯儲量巨大，環(huán)境效益明顯 o成功經(jīng)驗豐富，運行效果顯著成功經(jīng)驗豐富，運行效果顯著 o 政府政策支技政府政策支技 研究程度相對較高研究程度相對較高o 北京市地質(zhì)、水文地質(zhì)研究程度較高，并且開展了大量的地下水抽水、回灌試驗研究工作，近年來又開展了很多巖土體的試驗、研究工作，這些地質(zhì)工作的開展都為淺層地溫能的研究和開發(fā)利用奠定了基礎(chǔ)。o 近年來，在市財政的資金支持下，北京市開展了一系列的淺層地溫能專項研究工作。 自然地理條件優(yōu)越自然地理條件優(yōu)越 o 北京氣候夏季炎熱，冬季寒冷，且冬夏漫長，這種氣候特征決定著北京氣候夏季炎熱，冬季寒冷，且冬夏漫長，這種氣候特征決

19、定著北京市對于供暖和制冷都存在著很大的需求。另外這種冬季供暖、夏北京市對于供暖和制冷都存在著很大的需求。另外這種冬季供暖、夏季制冷的開發(fā)利用模式，還有利于淺層地溫能的熱量平衡，不會對地季制冷的開發(fā)利用模式，還有利于淺層地溫能的熱量平衡，不會對地溫場的造成較大影響。溫場的造成較大影響。o 北京市沖洪積平原蘊藏了巨大的淺層地溫能資源，在各沖洪積扇的北京市沖洪積平原蘊藏了巨大的淺層地溫能資源，在各沖洪積扇的中上部，含水層富水性極好，回灌條件較好，適宜建設(shè)地下水式地源中上部，含水層富水性極好，回灌條件較好，適宜建設(shè)地下水式地源熱泵系統(tǒng)；在各沖洪積扇的中下部，地層巖性以細顆粒為主，鉆進條熱泵系統(tǒng)；在各沖

20、洪積扇的中下部，地層巖性以細顆粒為主，鉆進條件好，適宜建設(shè)地埋管式地源熱泵系統(tǒng)。件好，適宜建設(shè)地埋管式地源熱泵系統(tǒng)。 o 作為我國首都的北京，人口密度大，經(jīng)濟發(fā)達，對供暖制冷的巨大作為我國首都的北京，人口密度大，經(jīng)濟發(fā)達，對供暖制冷的巨大需求尤為突出，根據(jù)北京市總體規(guī)劃目標，到需求尤為突出，根據(jù)北京市總體規(guī)劃目標，到2020年北京市供暖總面年北京市供暖總面積達到積達到10億億 m2。 儲量巨大，環(huán)境效益明顯儲量巨大，環(huán)境效益明顯 o 地區(qū)淺層地溫能資源量巨大，據(jù)評價和計算結(jié)果表明，北京市平原區(qū)淺層地溫能靜態(tài)儲量為1.91015 kj，折合6620萬t標準煤，可供暖制冷面積為9.59108 m2

21、，十分接近于北京市總體規(guī)劃目標，即到2020年北京市供暖總面積達到10108 m2；夏季可利用資源量為每年8.951014 kj，可制冷面積16.02108 m2。 o 研究成果顯示，如按可供暖面積9.59108 m2計算，淺層地溫能與燃煤+冷水機組相比，利用淺層地溫能每年可減少煙塵排放量萬噸，二氧化硫萬噸，二氧化碳萬t；與蓄熱式電鍋爐+冷水機組相比，每年可減少煙塵排放量萬t，二氧化硫萬t，二氧化碳萬t。可見，北京市淺層地溫能利用的環(huán)境效益十分明顯。 成功經(jīng)驗豐富，運行效果顯著成功經(jīng)驗豐富，運行效果顯著 o目前，北京市已經(jīng)成功建設(shè)了目前，北京市已經(jīng)成功建設(shè)了500多個地下水多個地下水式或地埋管

22、式地源熱泵項目，絕大多數(shù)據(jù)系統(tǒng)式或地埋管式地源熱泵項目，絕大多數(shù)據(jù)系統(tǒng)運行良好，積累了豐富的成功經(jīng)驗。根據(jù)運行良好，積累了豐富的成功經(jīng)驗。根據(jù)30個個典型工程進行統(tǒng)計分析，地源熱泵初投資相對典型工程進行統(tǒng)計分析，地源熱泵初投資相對較高，但運行成本大大降低，與傳統(tǒng)鍋爐供暖較高，但運行成本大大降低，與傳統(tǒng)鍋爐供暖和冷水機組制冷項目相比較，使用淺層地溫能和冷水機組制冷項目相比較，使用淺層地溫能冬季采暖能耗可以節(jié)能冬季采暖能耗可以節(jié)能30%以上，夏季可以節(jié)以上，夏季可以節(jié)能能10%以上。以上。 政府政策支技政府政策支技 o 北京市十分重視淺層溫能資源等可再生能源的發(fā)展和應(yīng)用，為促進北京市十分重視淺層溫能資源等可再