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專家稱要讓它冬天制熱夏天制冷
津南區利用地熱資源發展20萬畝設施化觀賞魚養殖基地。
●李四光先生說:『現在,要將地下的熱取出來,要靠水作介質,你們要研究一種方法,若是能只取熱,不取水,那纔算是邁進了地熱能利用的大門。』
●蔡義漢說:『人們對於地熱利用有一個誤區,就是認為溫度要很高纔可以被利用,實際上只要兩個物體有溫度差就能進行熱能的傳導。』
●地源熱泵的應用可使地熱能冬天制熱,夏天制冷。目前,這項技術已經運用到我市很多項目中,其中包括人們熟知的中新生態城和文化中心項目。
可用可控:地熱資源開發利用現狀、經驗及問題
關注點:
●8類型問題可治可控
●違規出售地熱水多用於洗浴
記者:在以往一些相關報道和研究報告中,提到地熱水開發利用過程中,可能會對環境造成一定危害,那麼您作為我國最早一批進行地熱能研究的專家,對此是如何看待的?
蔡義漢:首先,這些問題的確存在,是不容忽視的,在幾十年的開發利用過程中有過經驗教訓,但是,以現在的技術水平,是可以解決或控制的。此外,人們的正確認識、必要的資金投入、建立健全相關法律,也對解決這些問題起到十分重要的作用。面對我國能源現狀,這些問題是不會成為開發利用地熱資源的阻礙的。
記者:地熱開發過程中可能會產生哪些環境問題呢?
蔡義漢:首先要說明一點,地熱水,更確切地講是地熱流體,只是地熱能開發利用的一部分。由於地熱水開發利用較為廣泛,所以被人們熟知。如今常常被提到的地熱能開發利用引發的環境問題主要集中在地熱流體上,地熱流體溫度高低不同,一般來講,高溫地熱流體,其開發對環境造成的影響比中低溫地熱流體要大、要嚴重。所以,國內外要利用高溫地熱資源建造地熱電站,首先要對是否會造成環境污染或環境影響進行很嚴格的可行性論證,已經不僅僅是一般所指的水污染、熱污染、土壤污染等。
目前京津地區的地熱資源多是中低溫地熱,以100攝氏度以下地熱水的開發利用為主,涉及的因素相對少,影響環境的因素大致有以下幾類:
1.資源破壞。這是大問題,地熱資源的開采是有限量的。當前如何能保持地熱資源的可持續開發利用是必須引起足夠重視的。
2.水污染。地熱水中,一方面含有醫療、工農業利用中的有益成分;另一方面,也含有有害的元素。比如汞、鎘、砷等,這些元素如超標對人體傷害很大。
3.氣體污染。有些地熱水在地下時,由於壓力較大,其中含有一些氣體成分,一旦暴露在地表,就可能擴散到空氣中。污染比較嚴重的是硫化氫。
4.固體污染,特別是地熱水對土壤的危害。地熱水中都含有大量的鹽類,對於礦化度高的水,如直接排入農田,會造成嚴重的土壤板結和鹽鹼化。我市和河北省都曾有將地熱排水直接澆灌菜地遭失敗的例子。
5.熱污染。在開發利用過程中,必然會向周圍大氣和水體排放大量熱量,使水體和空氣的溫度上昇。如果將溫度較高的水直接排放到地表水體內,可能會造成排放區域微生物大量繁殖,導致富營養化,出現赤潮等現象。所以現在我國環保部門規定地熱排水的水溫不得高於35攝氏度。
6.地下文物破壞。由於天津是退海之地,地下文物的保護問題還沒有這麼突出,但是在全國范圍內來講,這一點就比較重要了。比較典型的例子是西安,地下有大量文物,地熱資源也很豐富。如不事先勘察,不經過文物局審核,就很有可能一口地熱井打下去,造成不可估量的文物損失。
7.地面沈降和地震誘發。地面沈降多出現於在沙土和黏土層開采的地熱井。簡單地講,水被抽得多了,形成空隙,沙土和黏土質地軟,就會補充到這些空隙中,久而久之形成地面沈降。而在較深的岩石層開井,由於岩石質地堅硬,這種現象則不多見。以天津為例,以前發生沈降的多是最初開鑿的800米以上的地熱井,如今開鑿的一般是1000米以下的地熱井,到達岩石層。
記者:我在采訪時,有很多群眾反映,自家『溫泉小區』無溫泉,原因是設備腐蝕嚴重,有的無法運轉,有的經常停運維修,還有的因為無力維修,只好將井與設備廢掉。
蔡義漢:腐蝕與結垢是地熱開發利用過程中比較普遍存在的問題,特別是地熱水對金屬的腐蝕。因而設備選材很重要。地熱水中普遍含有多種腐蝕成分,如硫酸根離子和鐵離子,在與空氣接觸後更加劇對金屬的腐蝕,使金屬設備和管道使用壽命縮短,維修工作量增加,嚴重影響系統正常運行。
記者:在全國范圍內,很多地方都出現過違規開采地下水的情況,從以往的經驗來講,違規開采、出售地熱水,會對地熱資源可持續利用帶來哪些影響?
天津市國土資源和房屋管理局的相關負責人:近年來,我市地熱資源的開發利用需求逐步增大,如不加強規范化管理,勢必會造成地熱熱儲壓力下降趨勢的加快,波及地熱開采單位的開發利用行為,進而影響到百姓的冬季供暖需求。
記者:這些違規開采的地熱水多被使用於哪些方面?地熱水的亂用,是否會對人們的健康和環境帶來不利影響呢?
天津市國土資源和房屋管理局的相關負責人:按目前掌握的情況來看,在天津范圍內,違規出售的地熱水多被用於洗浴行業用水。地熱水是地熱資源的主要賦存形式,地熱水中含有一些對人體有益的微量元素,經常使用地熱水進行沐浴,可對某些皮膚病有一定的輔助療效。因此這一部分地熱水,一般不會對人們的身體健康產生不利的影響。
但是,地熱資源的開發利用過程中,如果管理不到位,容易導致地熱資源的流失和環境污染。容易出現問題的主要環節為:地熱開采單位在利益的驅動下,擅自拆改地熱計量設施、在計量設施前設置旁通管以及未經批准擅自出售地熱水的現象等,造成地熱資源的流失。而出售地熱水時,由於噪聲擾民、車輛佔道等現象也可能對百姓正常生活產生影響。
正確采用:居民用水看水質分析
關注點:
●地熱水用途因成分而定,亂用恐有危害。
●回灌可解決大多數問題,天津打井必打回灌井。
記者:目前,解決這些問題有沒有比較好的辦法呢?
蔡義漢:剛纔我說過,以現在的技術水平,這些問題是可以解決或控制的。最好的辦法就是打回灌井,利用地熱水中的熱量,將其收集起來直接輸送回地下,使地熱水在循環封閉的系統裡,不與地表物質接觸,既保護資源,又不對地面造成污染。水污染、氣體污染、固體污染、地面沈降等問題都可以解決。
在防止地面沈降問題上,北京小湯山的表現較為突出,由於多年堅持回灌,現在地表不但不降,反而有所上昇。天津目前的管理力度很大,開鑿采水井時必須要打回灌井。
目前,回灌有一個問題,由於地下形勢復雜,開鑿一口回灌井,可能回灌的結果不一定是回灌井所在地受益,一口取水井的旁邊也不一定是最好的回灌點,甚至由於地下壓力的變化根本無法回灌。回灌點的選取必須經過大量勘察研究。一個地方一個樣子。可能相隔數米的兩口井,回灌效果都大不一樣。在國外,計算機模擬技術被應用得很廣泛,前期通過詳細地質勘察,掌握大量地質資料,將這些數據輸入計算機模擬系統,自動生成一年、兩年,甚至幾十年後的回灌效果,並可給出地熱水溫度變化趨勢。這樣為制定回灌方案提供了有效的參考。國內由於資金的限制和地質資料的相對不足,現在只有部分重點工程可以運用這一技術。所以,考慮到一些地方的經濟和資源條件,在所有地方硬性規定回灌不現實,不過一定要考慮回灌的問題。
對此我有個建議,對於現在不具備開鑿回灌井條件的地區,可以在開鑿采水井時,由政府部門收取一定『回灌基金』,將這一部分錢管理起來,條件具備後,統一打回灌井。
記者:對於設備的腐蝕和結構問題如何解決?此外,有些居民對地熱水的水質十分擔心,覺得它既然能夠腐蝕金屬,那麼還能作為日常生活用水嗎?
蔡義漢:關於腐蝕問題,現在人們意識到這個問題了,新項目一般都不采用金屬材料。現在多用的是玻璃鋼,150攝氏度以下的地熱水就沒有問題。而且它還有一個優點,就是膨脹系數小,只有鋼材料的幾分之一,不容易變形,重量輕,易於運輸。此外,cpvc、pb等材料也經常被使用。有些也采用鋼管內涂防腐材料的做法。管道的防腐問題是比較好解決的,因為地熱水中的很多元素不見氧氣是不發生氧化反應的,不反應就不會腐蝕。問題比較嚴重的是井口的防腐,雖然現在大多地熱能利用項目井口都是密封的,但是一些井為了測水位、水溫和水質等等,井口處就會暴露在空氣中,還有的地熱能項目,並不是常年開啟,在時斷時續的過程中,空氣就容易進入機器和管道中。現在的解決方式一般是將自動測量儀器密封在系統中,通過遠程控制,測量儀自動采集傳輸數據;還有另一種方法是向系統中充入氮氣,從而阻止氧氣進入。
對於居民對水質擔心的問題,我覺得,開發商開鑿地熱井後,是必須要做水質分析的,地熱水能否作為某種用途的水源,或用於某種用途時造成的污染程度如何,主要依據水質分析的結果。這份分析結果,也並不是一直有效,水質在利用過程中的動態監測是十分重要的。由於用途不同,要求控制的水質指標標准是不一樣的。例如總溶解固體對於灌溉影響很大,而對於養魚的影響相對小。同理,用於采暖的地熱水可能不適宜沐浴,用於沐浴的地熱水可能不適宜飲用。擅自改變地熱水用途是危險的、也是不被國家法律法規允許的。
此外,我要強調,在開發地熱資源的過程中,必須進行綜合分析和整體規劃,因地制宜,將地熱水資源進行充分、合理的利用。具體情況具體分析。對於那些水質過差,沒辦法解決,或者解決起來技術上可行但經濟上不可行的就不開發。通過綜合分析結果和整體規劃,也可以決定是不是必須回灌。西藏那曲地區的一口地熱井結垢很嚴重,每天要結2毫米,科研人員研制了一種藥,對防止結垢非常有效,但是由於藥中含有磷,如果將地熱水直接排放,容易出現周圍水體的富營養化問題,但當時實現回灌的確有困難。規劃人員發現,井旁的河道有旺水季和枯水季之分,旺水季水量很大,磷元素很快被稀釋不會產生污染,而枯水季,河道兩旁有大面積濕地,長滿蘆葦,蘆葦正可以吸收大量磷元素,將尾水排入蘆葦地同樣不會造成污染。