地热资源开发的环境问题研究

热岩开发最早于１９８４年在美国ＦｅｎｔｏｎＨｉｌｌ试验成功并进入商业运行发电，随后世界许多国家相继进行了大规模工业试验与商业开发，但受技术能力和设备装置等条件限制，我国从２００７年才开始相关研究，目前处于探索试验阶段，尚未进入商业运行［５～８］。地热资源与其他常规能源相比有经济和环境方面的优势，但在开发利用过程中仍会对环境造成影响，主要包括对地下水、地表水、生态、土壤、大气以及声环境等造成的影响。但不同地区由于地热能类型的开发利用方式不同，则对环境的影响亦不同，因此需要将地热资源开发利用过程视为一体，基于地热工程整个生命周期的观点来分析地热资源开发利用全过程中的环境问题，才能全面地评价热资源开发过程的环境影响，以为地热资源开发利用过程中的环境保护提供科学依据。

１地热资源的开发利用过程

浅层地温能和深层地热能的开发利用过程包括勘查与评价、开采利用和运营管理等阶段，其环境影响伴随整个过程［９］。勘查与评价阶段主要通过采用航卫片图像解译、地质调查、地球物理、地球化学、地热钻井、产能测试和动态监测等技术方法进行综合性勘查，查明地热地质背景，确定地热资源可开发利用的地区及合理的开发利用深度［１０］；开采利用阶段主要包括地下热水的开采、传输、供热和回灌等过程；运行管理阶段主要包括动态监测、设备维护和人员管理。

１.１浅层地温能的开发利用过程浅层地温能开发利用主要有地下水源热泵和土壤源热泵两种方式。热泵机组主要由压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀、调节阀控制系统和换热器组成，在能量转换时需要消耗一定的辅助能量（一般为电能），在压缩机和机组内部制冷剂共同作用下，从环境（地下水、土壤）中吸取低品位热能，然后转换为高品位热能释放至循环介质中加以利用。地下水源热泵系统的热源为地下热水，冬季热泵机组从生产井提供的地热水中吸收热量，提高热能品位后，对建筑物供暖，取热后的地热水回灌地下；夏季则生产井与回灌井交换，将室内余热转移到低位热源中，实现降温或制冷。土壤源热泵系统的原理与地下水源热泵系统大体相同，区别在于前者的热源为土壤。由于土壤源热泵系统和大部分地下水源热泵系统都为能量循环利用模式，即只取热不取水，所以浅层地温能整个开发过程中对环境的影响相对较小，主要是热泵机组运行过程中产生的噪声，以及勘查、钻井过程中占用场地造成的生态破坏和土壤扰动等环境问题。

１.２深层地热能的开发利用过程深层地热能开发利用可分为直接利用和间接利用两种方式。间接利用主要指发电，用于发电的地热流体一般要求在１８０℃甚至２００℃以上才比较经济［１１］。直接利用对水温要求相对较低，包括供暖、洗浴和养殖等。地热供暖工程包括地上部分和地下部分，地上部分主要为地热站，其中安装除砂器、除铁罐、换热板、循环泵和补水箱等配套装置，通过运输管道将热能输送给用户；地下部分包括水泵抽水和地热尾水回灌，受地质条件限制，有些地区难以回灌，尾水直接或进行多级利用后排放到城市污水管道。地热发电工程需要安装发电机组、凝气器和工质泵等。地热水洗浴工程比较简单，直接将地热水通过运输管道送往用户，从经济角度考虑往往与地热供暖工程共用一套生产井和部分运输管道，或者将地热尾水用于洗浴。对深层地热能若开发利用过程中能实现完全回灌，则对环境的影响较小，主要是产生噪声和对大气环境的影响；若不能实现回灌，则对环境的影响较大，尤其是对生态环境的影响较大（见图２）。此外，在地热工程结束时，还须对地热废井和废弃装置进行妥善处理。

２地热资源开发利用过程中产生的环境问题