地热资源评估的方法探析

各种物质在地壳中的保有量称为资源。地热作为一种热能,存在于地壳中也有一定数量,因此也是一种资源。对于地热资源的评价也像其他矿物燃料一样,要在一定的技术、经济和法律的条件下进行评定,而且随着时间的推移要做一定的修改。地热是一种既古老又新的能源,目前虽有一些国家做了较多的地热资源评价工作,但尚缺乏世界性的全面评价。下面简要介绍几种地热资源的评价方法。

1.天然放热量法

先测量一个地区地表各种形式的天然放热量的总和,再根据已开发地热田的热产量与天然放热量之间的相互关系加以比较,以估计出该区域开发时的产热能。这种方法估算的地热储量较接近合理数量,也是地热系统经长期活动而达到的某种平衡现象,其值在相当长的时间内是较稳定的。显然,天然放热量要比热田开采后的热量低,实际地热资源要比它大得多,并且因地而异。当然,这种方法只适用于已有地热开发的地区,对于未开发的地热地是无法估算的。

2.平面裂隙法

在渗透性极差的岩体中,地下水沿着一个水平的裂隙流动,岩体中的热能靠传导传输传到裂隙面,再在裂隙表面与流水进行换热。这样流水受热升温,把不透水岩体中的热能提取出来。在岩性均一的情况下,开采热水的速率如果较慢,则提取出来的某一温度限额以上的热能总量就较大。这种方法计算的结果也是能流率。使用这种方法有许多特定要求,如要求估算出裂隙的面积、裂隙的间距、岩层的初始温度、采出热水的最低要求温度,以及岩石的导热率和热扩散率等。

3.类比法

类比法是一种较简便、粗略的地热资源评价方法。即根据已经开发的地热系统生产能力,估计出单位面积的生产能力,然后把未开发的地热地区与之类比。这种方法要求地质环境类似,地下温度和渗透性也类似。日本、新西兰等国都采用过类比法评价新的地热开发区,效果较好。采用这种方法,要求必须测出地热田的面积；还要求知道热储的温度,在没有钻孔实测温度的情况下,可以用地热温标计算出热储温度。

4.岩浆热平衡法

岩浆热平衡法主要是针对干热岩地热资源的评价,以年轻的火成岩体为对象。计算方法是先估算出岩浆体初始含有的总热量Qt,再减去自侵入以来逸出的热量Q 1,则现在存在岩浆体内的余热Qr为

Qr=Qt-Q 1　(7.1)

5.体积法

这种方法是石油资源估价的方法,现广泛借用到地热评价方面。估算的地热能总量为

式中 Q——估算的地热能总量,kJ；

a——热储面积,km2；

d——可及深度内的热储厚度,km；

ρr——热储岩石的密度,kg/m3；(www.xing528.com)

ρw——热储水的密度,考虑含有矿物质,kg/m3；

cr——热储岩石的比热容,kJ/(kg·℃)；

l——深度,m；

c w——热储水的比热容,kJ/(kg·℃)；

φe——热储体的有效孔隙率,在0～20%之间；

T r——热储体的平均温度,℃；

T re——参比温度,取当地多年平均气温,℃。

实际影响计算精度的主要是热储面积,因而此式(7.2)也可简化为

Q=adρc(T r-T re)　(7.3)

式中 ρc——热储岩石和水一起的比体积热容,kJ/(m3·℃)。

地热资源评价方法中,体积法较为可取,使用普遍,可适用于任何地质条件。计算所需的参数原则上可以实测或估计出来。地热能若用于发电,则总发电量可估算为：

E=Qf　(7.4)

式中 E——总发电量,kW·h；

Q——可获得的总地热能资源,kJ；

f——地热能转化为电能的系数,即发电效率,%。