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地热开采会引起地质灾害吗?
作者:佚名    科技要闻来源:上海科技    点击数:     更新时间:2009-7-15
地热开采会引起地质灾害吗?

    近日,美国加州一项地热开采工程遭到了当地居民的抗议,理由是该工程可能引发小型地震。作为与风能、太阳能、生物质能并列的重要新能源之一,清洁稳定的地热能一直被业界看好。请关注——

  据《纽约时报》报道,位于美国加利福尼亚州北部,离旧金山市以北约2小时车程的地方,一项钻井深度将达3200米,利用地热产生的高温蒸汽发电的工程遭到当地居民的抗议,居民担心该工程会引发地震,毕竟旧金山在20世纪经历了1906年和1989年两次大地震。

  地热开采与地质灾害真的有必然联系吗?如何把握开采方向?

  钻井取水,会不会钻坏地壳?

  “开发深部地热时的钻井、采水采汽确实会对地层结构有一定影响,但地震尤其是大地震所需要的能量是数量级的差别,没有可比性。”中国地质科学院水文地质环境研究所研究员、区域水文地质研究室主任王贵玲表示,“此外地震震源一般在地下几十、几百千米的地壳深处,而我国最深的地热钻井也只有四千多米。”在技术上,加州和巴塞尔的项目是用岩石爆裂法向地下注水加压以产生蒸汽,而多数地热工程则是从地下抽取蒸汽和热水,对地层的影响要小一些。

  据介绍,温度在150℃以上的地热资源往往位于地震带上,如美国加州和我国台湾、印度尼西亚、新西兰等位于环太平洋地震带,青藏高原则处在喜马拉雅地震带,地壳和岩浆的频繁活动将深层地下水“烧”成了高温蒸汽,甚至直接到达地表形成温泉。不过相对于地球内部活动来说,人类活动的影响微不足道。如西藏羊八井的地热发电站1981年即投产运行,近30年来也没有引发地震。

  “至于我国东部地区广泛开发的地热资源,则多为水温在100℃以下的中低温地热,地壳运动不是很活跃,引发地震的风险更要低得多。”王贵玲说。

  抽水沉降,危害有多严重?

  尽管地热开发未必会召唤出“地震恶魔”,若开发不当同样会带来缓慢而严重的地质灾害——地面沉降。固体矿山可以回填,油气开采时需向地层注水,而地热水被抽取后很难像浅层地下水那样通过自然降水补充,因此会在地下产生空隙,慢慢破坏地质结构。

  “这些年来的研究发现,天津及华北一些地区的地面沉降,主要原因可能就是地下水、地热水和油气开采。”王贵玲说。一些地热开发规模较大的北方城市,本来就因干旱缺水而多年超采地下水,而地热水的开采更是加剧了地面沉降,增大了局部地区发生地陷的风险。近年来,北京、天津每年地热水位下降的幅度都已超过国家允许的1米,西安甚至达到了5米。

  从上世纪90年代至今,我国的地热利用规模一直居世界首位,而且还在以年均10%左右的速度增长。地热开发的速度如此之快,与其具备的诸多优点不无关系。

  “150℃以上的高温地热蒸汽比较适合发电,而60℃—100℃的中温和60℃以下的低温地热水在我国分布广泛,可用于房屋供暖、水产养殖、温室种植、工业生产等多种用途。”国际地热协会理事、中国能源研究会地热专业委员会主任郑克棪介绍说,由于资源分布、技术储备等原因,我国的地热发电规模一直不大,而将地热水直接作为供暖、生产的热源不仅来源稳定,而且污染小、综合成本低于燃煤,如能合理开发确实是节能减排的良好选择。

  王贵玲表示,与地热开发的速度相比,我国长期以来在地热资源勘查、评价等方面的力度相对落后,“这就导致规划不科学、造成资源的浪费甚至枯竭等问题。”他介绍,国土资源部目前正在开展全国地热资源调查评价与区划工作,通过“摸清家底”为各地地热资源的规划、管理提供更完善的基础。

  持续用水,怎样实现循环?

  与其他可再生能源不同,地热除了浅层地热之外,深层地热水补充慢,很难自己实现“可再生”。因此业内一直倡导提高地热工程的回灌率,也就是尽可能将抽上来的地热水用完后重新灌回地下。

  近几年来,一些地热利用规模较大的城市已经制定了回灌率标准,如天津市要求新建地热工程达到100%回灌。但据王贵玲介绍,目前相关审查还不是很严格,加之缺乏惩罚措施,因此目前回灌率总体还比较低。

  影响回灌率除了成本因素,回灌井堵塞也是一大问题。王贵玲说,地层深处的地热水矿物质含量高而氧气含量低,被抽上地面后则有较多氧气和微生物进入,发生生物化学反应以及水中原有的杂质、矿物质沉淀等,逐渐堵塞回灌井。“不过,100%回灌在技术上完全可以实现。尤其是只利用热能而不需要排出热水的工程,国家要求尽量采用闭路式回灌,不改变地热水的成分。”

  除了回灌,对地热水“物尽其用”也是提高资源利用率的重要途径。在被称为“中国地热经济第一村”的北京丰台区南宫村,地热水被抽取、净化后先是进入全村的供暖管道,再供给村民生活用水和水上娱乐项目,接着还可用于热带鱼养殖和温室浇灌。从抽出时的70℃到回灌时的20℃左右,地热水随着不断降温先后得到了四次利用,以较少的开采量实现了较多的效益。不过,这种梯级利用的方式对设计施工的要求较高,已有的地热工程也很难进行类似改造。

  郑克棪表示,除了地下数千米的地热水,随处可见且易补充的浅层地热同样前景广阔。“冬暖夏凉”的浅层地下水、地表水和土壤,与地表气温的温差可能只有几到十几摄氏度,但这点热能得到利用后,仍可为空调系统节约大量电力消耗。“利用地源热泵系统,耗费1千瓦的电能可以产出3—4千瓦的热能,而且该技术可循环、不消耗地下水。”目前,我国地源热泵增长速度很快,利用规模已居世界前三。(记者 董子凡)

(上海科技    2009-07-15)

科技要闻录入:郭星妤    责任编辑:郭星妤 
 
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