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再生能源

石家庄市浅层地温能评价与应用条件浅析

2017-09-04 12:56:51来源:互联网浏览: 评论:0
  浅层地温能是一种新型绿色清洁可再生能源,这一新型能源的推广利用将为我国节能减排做出巨大贡献。本文对石家庄市浅层地温能赋存与应用条件进行了较详细地论述,提出了石家庄市浅层地温能利用应注意的问题。   石家庄市作为河北省的省会城市,是河北省政治、经济、文化中心。随着经济的快速发展,能源短缺问题日益突出,节能减排与环境保护的压力也不断加大。在资源日益枯竭的今天,清洁能源正在日益受到关注。能源与环境问题已成为人类21世纪迫切需要解决的重大问题,节能、开发环保型新能源以及减轻环境污染,是经济可持续发展的重要研究课题。一种新型的可再生清洁能源—浅层地温能,为解决能源与环境问题开辟了新途径。石家庄市开发利用浅层地温能资源具有得天独厚的优势。   1、石家庄市浅层地温能应用现状   石家庄市(老城区、空港区、东部产业区、植物园区、正定县城、正定新区)的浅层地温能利用近年来呈现快速增长趋势,现有地源热泵工程项目45项,其中地下水换热方式为35项,地埋管换热方式为10项;浅层地温能利用工程供暖或制冷的建筑物面积达18.88万平方米 。   项目以地下水地源热泵系统为主,地下水地源热泵项目占78%,地埋管热泵系统项目占22%,主要是源于地下水源热泵项目的初投资较低。见图1   地源热泵换热方式主要分为地下水换热方式和地埋管换热方式,其中地下水换热方式总供暖(冷)面积达到15.62万平方米,地埋管换热方式总供暖(冷)面积达到3.26万平方米。   石家庄浅层地温能地源热泵项目应用于各类建筑,有住宅、办公楼、企业工厂、学校、商场、机关、医院、敬老院、酒店等。   本次工作区主要包括石家庄市区、正定、正定新区、藁城市、植物园区及空港区,总面积770km2,各分区工程数量见图2。   石家庄市浅层地温能供暖(制冷)面积达到18.88万平方米,所贡献的地热能总量达5340吨标准煤。减排二氧化碳1.388万吨。初步调查评价结果显示,石家庄市的浅层地温能可利用资源量较大,已开发利用的比例很小,因此大力开发利用浅层地温能,节约煤炭消耗的空间巨大。   2、浅层地温能赋存条件   2.1地质构造   石家庄市位于中朝准地台的中间部位。以太行山山前深断裂为界,以西属山西断隆(Ⅱ1)的东部边缘,处于太行山拱断束(Ⅲ211)中的赞皇穹褶束(Ⅳ232);以东属华北断拗(Ⅱ24)的西部边缘,地处临清台陷(Ⅲ216)中的晋县断凹(Ⅳ264),工作区大部分属于晋县断凹(Ⅳ264)。区域坳陷构造见图3。   2.2第四系地层   第四系地层颗粒上粗下细,沉积厚度由山前向东部由薄变厚,由山前地带数米向东逐渐增大到300m。岩性为卵砾、砂砾、砂、砂性土及粘性土,结构较为简单。第四系地层由老到新可分为下更新统、中更新统、上更新统和全新统。   2.3水文地质条件   ⑴第Ⅰ含水组,相当于Q4,为潜水。厚度为5~30m。由于地下水位的下降,该含水组含水层已基本疏干。   ⑵第Ⅱ含水组,相当于Q3,为潜水,底板埋深10~50m。含水层厚度25~35m;含水层岩性以砾卵石为主,单位涌水量,在扇轴部为70~180m3/m?h,向扇两翼及前缘逐渐减少到10~30m3/m?h。山前坡积—洪积区,含水层已基本疏干,仅在只都村—小丰村—南席—西宽亭一线以东尚未完全疏干。   ⑶第Ⅲ含水组,相当于Q2,为微承压水,底板埋深40~100m。含水层岩性为砂砾卵石,含水层厚度一般为30~80m,。含水层微风化-风化,单位涌水量,近扇轴部为50~70 m3/m·h,扇两翼及前缘一般为10~30m3/m·h。个别地段小于10m3/m·h。山前坡积—洪积区,含水层岩性以砾卵石为主,含水层厚度小,且有不同程度的风化,单位涌水量小于10m3/m·h。   ⑷第Ⅳ含水组,相当于Q1,为承压水,底板埋深为50~260m。据已有钻孔资料,含水组主要岩性为中粗砂含砾卵石,砂层严重风化,含水层厚度30~90m,单位涌水量5~20m3/m·h。   根据调查显示,大部分区域第Ⅱ含水组已经疏干,水源热泵的抽灌井利用段大部分为第Ⅲ含水组。工程实例中,最深的抽灌井为160m,大部分为100m左右。   3、浅层地温能适宜性分区   3.1地下水式换热方式适宜性分区   用层次分析法依次确定各层的指标对所属层的权重,根据石家庄市区内的地质、水文地质条件、水动力特征、水化学场、地质环境和成本,将地下水适宜性影响因素与评价标准结合起来,对石家庄市地下水换热方式适宜性进行了评价,工作区内适宜区、较适宜区占工作区总面积的95.93%。   3.2地埋管式换热方式适宜性分区   根据石家庄市区内的地质、水文地质条件、热物性、地层属性、成本和地温场,将地埋管适宜性影响因素与评价标准结合起来,利用层次分析法对石家庄市地埋管换热方式适宜性进行了分区,地埋管换热方式适宜区、较适宜区、基本适宜区占工作区面积的96.75%。   4、浅层地温能资源评价   根据计算,冬季供暖负荷取45W/m2;夏季制冷负荷取80W/m2,石家庄市利用地下水式换热系统,冬季可供暖面积为675.9万平米,夏季可制冷面积760.4万平米。利用地埋管式换热系统,冬季供暖面积16860万平方米,夏季可制冷面积16587.5万平方米。   5、石家庄市浅层地温能应用条件   5.1城市建设条件   (1)新建住宅小区   随着土地价格不断攀升,城市土地供求矛盾不断加大,城市土地利用率不断提高。石家庄市作为省会城市,土地供应更为紧张。在住宅小区建设方面除了住宅楼的高度不断加大之外,城市地下空间的利用也更为普遍,特别是随着私家车的数量不断增大,停车问题日益突出,因此,新建住宅小区大多都设计了地下停车场。由于地下空间的普遍利用,对浅层地温能的开发利用受到一定程度的限制。除非在小区建设前就规划利用浅层地温能,否则等小区建成后再考虑浅层地温能的利用工程就会比较困难,有些甚至是不可能的。   (2)城市地铁及防空设施建设   随着城市规模的不断扩大,城市地下轨道交通设施的利用提到议事日程,因此虽然浅层地温能资源丰富,但在特定地区却不适宜浅层地温能的开发利用。如地铁线路及其附近地域就不适宜浅层地温能的开发利用。此外,还有一些地下防空设施范围内也需要避开,因为石家庄市地处太行山山前倾斜平原,松散地层厚度不大,地下可经济利用的空间有限,修建地下防空设施后,在利用浅层地温能的可用空间资源缺乏或已不经济,因此应予以避让 。   (3)特殊的地层岩性   石家庄市处于山前冲洪积扇区,在市区的西部地下40米左右普遍存在厚层卵砾石层,对于地埋管式换热系统成孔难度较大,因此需要特殊的钻探设备才能施工并且钻探成本相对较高。这也是在石家庄市区西部浅层地温能利用需要考虑的一个重要因素。   5.2地方政府规定   石家庄市综合考虑城市发展影响因素,2010年发文规定二环路以内禁止浅层地温能开发利用。这就使得石家庄市老城区浅层地温能的开发利用受到极大限制。在编制浅层地温能开发利用规划方案时,应考虑各个规划的衔接以及政府部门的特殊规定。   6、结论   石家庄市浅层地温能资源赋存的地质和水文地质条件较好,地下水适宜区、较适宜区占工作区总面积的95.93%;地埋管适宜区、较适宜区、基本适宜区占工作区面积的96.75%。在实际应用中,受到规划设计以及各种成本经济因素的制约。充分的考虑各方面因素,才能更好的发挥浅层地温能的作用,达到节能减排的效果。   参考文献   [1]河北省地矿局第三水文工程地质大队《石家庄市浅层地温能资源调查评价报告》2012.10   [2]《浅层地热能勘查评价规范 》DZ/T 0225 -2009
 

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