Potential evaluation of geothermal resources: exemplifying some municipalities and key strata in Ordos Basin as a study case
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摘要:
针对鄂尔多斯盆地地热资源储量认识不统一、浅层地热能开发方式不明确、地热资源有利层位及有利区划定有分歧的3个问题，采用不同的评价方法分别对鄂尔多斯盆地水热型地热资源、浅层地热能和干热岩型地热资源进行了潜力和远景评估，结合地热资源的开发利用方式和效益对鄂尔多斯盆地的地热资源进行了综合分析。分析结果表明，鄂尔多斯盆地地热资源相对丰富，盆地内部分层位水热型地热资源量折合标准煤249.4×108 t，地热资源年可开采量折合标准煤748.1×104 t；7个地级以上城市浅层地热能资源年可采量折合标准煤281.2×104 t；干热岩潜力资源量折合标准煤16.63×1012 t。盆地内部地热资源有利区主要分布于榆林-横山-靖边及子长-安塞-延安一带。目前鄂尔多斯盆地0~200 m浅层地热能开发主要以地埋管地源热泵为主，地下水源热泵为辅。200~6000 m中深层地热资源开发主要以深埋管换热方式和采灌结合方式开采。开发地热能，节能减排效果明显，值得大力推广。
Abstract:There exists debate in the geothermal field of Ordos Basin, including ambiguous understanding of geothermal resources reserves, nubilous development mode of shallow geothermal energy and difference in the delimitation of favorable horizon and prospects.Different evaluation methods were used to evaluate the potential and prospect of hydrothermal geothermal resources, shallow geothermal energy and dry hot rock geothermal resources in Ordos Basin.Combined with the development mode and benefit of geothermal resources, the geothermal resources in Ordos Basin was comprehensively analyzed.The analysis results show that Ordos Basin is relatively rich geothermal resources.The geothermal resources of hydrothermal type is equivalent to 24.94 billion tons of standard coal.The annual exploitable amount of geothermal resources is equivalent to 7.481 million tons of standard coal.The annual recoverable amount of shallow geothermal energy resources in 7 cities above prefecture level is equivalent to 2.812 million tons of standard coal, and the potential resources of dry hot rock are equivalent to 16.63 trillion tons of standard coal.The favorable areas of geothermal resource in the basin are mainly distributed in Yulin City -Hengshan County-Jingbian County and Zichang County Ansai County Yan'an City.At present, the development of 0~200 m shallow geothermal energy in Ordos Basin is mainly based on ground source heat pump, supplemented by ground water source heat pump.The development of 200~6000 m deep geothermal resource is mainly by the way of deep buried pipe heat exchange and the combination of mining and irrigation.Because of the obvious effect of geothermal energy development, energy conservation and emission reduction, it is worth promoting vigorously.
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图 2 垂直地埋管闭式系统(a)和水平地埋管闭式系统(b)
Figure 2. Vertical buried pipe closed system(a) and horizontal buried pipe closed system(b)
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图 3 采灌井结合供暖技术示意图
Figure 3. Schematic diagram of mining and irrigation well combined with heating technology
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图 5 U型水平对接管式取热系统[23]
Figure 5. U-type horizontal opposed nozzle heat extraction system
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图 6 采灌结合地热梯级开发利用模式图(据参考文献[25]修改)
Figure 6. Schematic diagram of geothermal cascading development combined with mining and irrigation
表 1 鄂尔多斯盆地地级市浅层地热能热容量、换热功率计算(考虑土地利用系数)
Table 1 Calculation of heat capacity and heat transfer rate of shallow geothermal resource in Ordos Basin
城市 评价面积/km2 200 m以浅热容量/1013kJ 地下水源热泵换热功率/106 kW 地埋管地源热泵总换热功率/106 kW 地源热泵系统换热功率/106 kW 夏季制冷 冬季供暖 夏季制冷 冬季供暖 夏季制冷 冬季供暖 来源 鄂尔多斯市 121.60 4.73 0.00 0.00 1.68 0.49 1.68 0.49 本文 庆阳 23.50 1.92 0.00 0.00 0.43 0.20 0.43 0.20 本文 平凉市 32.00 3.81 0.00 0.00 0.60 0.27 0.60 0.27 本文 固原市 72.76 6.37 0.00 0.00 1.30 0.65 1.30 0.65 本文 榆林 395.40 9.30 0.00 0.00 5.28 1.96 5.28 1.96 [18] 延安 86.31 3.89 0.00 0.00 1.61 0.79 1.61 0.79 [18] 铜川 123.83 5.94 \ \ \ \ 1.83 1.19 [18] 
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表 2 浅层地热能潜力评价结果
Table 2 Evaluation results of shallow geothermal energy potential
城市 地下水源热泵供暖和制冷面积/107 m2 地埋管地源热泵供暖和制冷面积/107 m2 地源热泵供暖和制冷面积/107 m2 夏季制冷 冬季供暖 夏季制冷 冬季供暖 夏季制冷 冬季供暖 鄂尔多斯市 0 0 1.6213 0.6627 1.6213 0.6627 庆阳市 0 0 0.4141 0.2665 0.4141 0.2665 平凉市 0 0 0.5837 0.3574 0.5837 0.3574 固原市 0 0 1.2598 0.8751 1.2598 0.8751 榆林市 0 0 5.1014 2.6309 5.1014 2.6309 延安市 0 0 1.5556 1.0604 1.5556 1.0604 铜川市 \ \ \ \ 1.7681 1.5973
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表 3 鄂尔多斯盆地主要层位中低温地热资源评价
Table 3 Evaluation of moderate and low-temperature geothermal resource of main horizons in Ordos Basin
主要层位 砂体体积/1012 m3 地层总热量 地热资源可采量 地热水资源量/(1011 m3) 地热流体可开采量/(108 m3·a-1) 地热水热能/1016kcal 地热流体可开采热量 考虑回灌条件下地热流体可采量/(109 m3·a-1) 考虑回灌条件下地热流体可开采热量 地层热量/1017 kcal 换算标煤/108 t 地热流体可采量/1013 kcal 换算标煤/108 t 地热水热能/1016 kcal 热水储能换算标准煤/108 t 地热流体可开采量/(1012 kcal·a-1) 换算标准煤/(104 t·a-1) 考虑回灌条件下地热流体可开采热量/(1014 kcal·a-1) 换算标准煤/(104 t·a-1) 富县 1.612 0.330 47.157 3.301 0.047 3.507 1.052 0.757 10.809 2.270 32.426 2.981 0.643 918.737 延安组 13.401 2.745 392.090 27.446 0.392 8.630 2.589 1.862 26.598 5.585 79.793 7.336 1.583 2260.792 延长组 44.146 18.293 2613.221 182.925 2.613 19.548 5.864 8.532 121.886 25.596 365.658 16.616 7.252 10360.323 下石盒子 5.533 4.827 689.640 48.275 0.690 2.077 0.623 1.909 27.267 5.726 81.802 1.765 1.622 2317.716 直罗组总 4.506 0.751 107.305 7.511 0.107 6.894 2.068 1.211 17.293 3.632 51.880 5.860 1.029 1469.946 奥陶 14.869 11.827 1689.582 118.271 1.690 3.803 1.141 3.186 45.514 9.558 136.543 3.232 2.708 3868.721 总计 84.067 38.022 5431.690 387.730 5.539 37.565 11.269 17.456 249.367 52.367 748.102 31.930 14.837 21196.235
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表 4 鄂尔多斯盆地3~10 km深处干热岩资源
Table 4 Dry hot rock resources at the depth of 3~10 km in Ordos Basin
计算层位深度 干热岩资源量 干热岩可开采量(按2%可提取) 资源量/1019kJ 折合标准煤/1012 t 资源量/1018kJ 折合标准煤/1012 t 6.0~7.0 9.79 3.34 2.90 0.067 7.0~8.0 11.38 3.88 3.37 0.078 8.0~9.0 12.99 4.43 3.84 0.089 9.0~10.0 14.58 4.98 4.32 0.01 3.0~10.0 48.74 16.63 14.43 0.333
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