地热工程生命周期环境影响评价

  什么是生命周期评价？地大热能教授介绍：生命周期评价是一种评价产品、工艺过程或活动从原材料的采集和加工到生产、运输、销售、使用、回收、养护、循环利用和最终处理整个生命周期中各相关环境负荷的过程。地热工程生命周期环境影响评价应考虑其从“摇篮”到“坟墓”的整个过程，包括地热井施工、工程建设与运行和工程退役废井填埋的整个生命周期。生命周期评价主要包括以下４个过程：目标定义和系统边界确定、清单分析、环境影响评价和环境影响解释。

  地热工程生命周期环境影响评价的目的是评价地热工程在整个生命过程中对环境的影响，通过统一的标准将环境影响量化，并追溯环境问题的根源，在地热工程建设前提出合理、有效的预防措施。

  地热工程可分为４个时期：地下部分建设期、地上部分建设期、运营期和退役期，这４个时期的工艺流程以及能量和物质的输入和输出共同构成了地热工程生命周期环境影响评价的研究范围，即系统边界。地下部分建设期主要包括钻井、固井和地埋管铺设（应用于地源热泵系统），主要的物质输入有聚乙烯管、汽油和柴油等，物质输出部分包括有限资源消耗和ＣＯ２、ＳＯ２等的排放。

  地上部分建设期主要为设备制造、地热站建设用材及制冷剂生产；运营期包括设备运行耗电和补水箱补水，假设所需电均为火力发电，补水为直接抽取地下水；退役期是地热工程最后一个时期，包括废井填埋、设备回收利用或直接处理，其物质输入为水泥和碎石，物质输出为ＣＯ２、ＳＯ２和粉尘等排放。

  地热工程主要分为两大类型：基于热泵技术的浅层地温能工程和以发电、供暖为主的深层地热能工程。不同类型地热工程所需收集的清单项目有区别分别是浅层地温能工程清单收集和深层地热能工程的清单收集。

  根据所确定的系统边界和数据清单，将地热工程生命周期过程中产生的环境影响分为有限资源消耗、全球变暖、环境酸化和富营养化四大类型，并针对每种类型的具体指标清单对地热工程的环境影响进行综合评价。
 

  案例分析：

  地大热能教授以咸阳某地热井供暖工程为例，对该地热工程整个生命周期过程中的环境影响进行综合评价。该地热井深3000ｍ，供暖面积为8.55×104㎡，地热站面积为100㎡，管道总长为700m。假设该地热井的使用寿命为20a，无回灌，无调峰装置，工程退役期地热站设备均回收利用，因此设备制造的原材料不计入生命周期内；管道材质为钢材，假设运输货车均采用柴油作为燃料，退役期该地热井被重新利用。该处地热水矿化度高达6.98ｇ/L,其中ＰＯ３－４浓度小于0.01mg/L，Ｆ－浓度为1.74ｍｇ/L，ＮＯ－３浓度小于2.5ｍｇ/L，ＮＨ＋４浓度约为1.0ｍｇ/L，ＳＯ２－４的浓度为437.1ｍｇ/L,H2s含量很低可忽略不计。

  ：地下部分建设时期地热井钻井和固井过程消耗了大量原材料，换算成有限资源消耗量后在整个地热工程生命周期过程中所占比例达98.67％，CO2当量排放量所占比例为98.04％；地上部分建设期和运营期消耗的有限资源量仅占1.33％，ＣＯ２ 当量排放量所占比例为1.96％。可见，地热工程产生的环境影响主要集中在地下部分建设期，其他时期的环境影响非常小。此外，运营期环境酸化所占比例为99.26％，酸化程度严重，主要是咸阳地区地质条件导致地热尾水回灌困难、地热尾水温度高且富含ＳＯ２－４ 所致.

  该地热井供暖工程地下部分建设期对环境造成的影响主要来源于钻井和固井过程消耗的柴油和材料，此阶段环境影响控制较困难；地上部分建设期产生的环境影响非常小；运营期产生的环境影响主要为环境酸化和富营养化，可通过地热尾水多级利用或者回灌得到很好的控制，因此针对地热工程尾水处理提出控制方案，可降低其环境影响。
 

  结束语：

  利用生命周期评价法对地热工程进行环境影响评价，并根据评价过程追踪到产生环境问题的具体工艺流程，有利于从根源上提出解决方案。但由于生命周期评价法将地热工程的环境影响综合为全球变暖、环境酸化、富营养化和有限资源消耗四大类型，因此无法对地热资源开发利用过程中具体的环境问题如空气污染、化学污染、热污染和地面沉降等进行分析与评价。此外，地质构造特征、地热井井深、地热水的温度和比热容、地热尾水回灌、地热发电厂的使用年限以及地热水的流速等因素也直接影响着环境影响评价的结果，其中尤以尾水回灌和地热水温度影响程度较大，国内在相关方面的实例评价相对较少，这将有待进一步研究和发展。