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打开“地下热库”之门 ——看中煤水文地质局如何取得中深层地热“取热不取水”技术...

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发表于 2019-11-19 11:31:17 | 显示全部楼层 |阅读模式
来源:中国矿业报 记者:刘艾瑛 通讯员 陈雁 王川

滏阳河畔,钟灵毓秀。11月14日,中国煤炭地质总局水文地质局(以下简称“水文局”)在邯郸正式对外公布中深层地热“取热不取水”技术取得新突破,首次成功钻探我国第一眼大口径长距离换热U型对接井,垂直深度2500m、水平距离684m、钻孔直径311mm,在地热勘查评价技术、定向钻探与对接技术、高导热材料研究与强化换热技术、地温场光纤监测技术、地热数值模拟技术、热泵与地下热储合理匹配等关键技术集成方面取得系列科研成果,填补了我国及国际在中深层“取热不取水”技术研究的空白,并已经成功应用在河北工程大学新校区,作为中深层地热“取热不取水”技术重要的示范基地。
国务院资深参事、中国工程勘察大师王秉忱,国务院参事、国家发展改革委能源局原局长徐锭明,中国地源热泵产业联盟理事长方肇洪,中国煤炭地质总局党委书记、局长赵平,石家庄市政府党组成员任子平,邯郸市副市长杜树杰,河北工程大学副校长何立新,共同听取了“取热不取水”技术汇报。
“取热不取水”承载国之重托
徐锭明回顾了老一辈地质学家李四光对地热资源开发和利用的殷切希望和遗愿。1970年10月15日,地质部李四光部长听取地质科学院汇报,指出:“地下是一个大热库,是人类开辟自然能源的一个新来源,就像人类发现煤炭、石油可以燃烧一样。” 李四光还明确指出:“地下热能的开发和利用问题,这是人类历史上开辟的一个新能源,也是地质战线向地球开战的新战场。”之后,李四光又多次讲到未来开发地热能要做到取热而不取水,打开地下热库大门。甚至在李四光去世后,在他床头下发现一张纸条,上面还写着“在我们这样一个伟大的社会主义国家里,我们中国人民有志气、有力量克服一切科学技术上的困难,去打开这个无比庞大的热库,让它为人民所利用……”
参观河北工程大学U型地热井
我国缺油少气的实际,导致以电、气清洁能源大面积取代煤炭作为冬季供暖热源的空间极其有限,也影响到国家能源安全,因此,寻求一条中国特色的清洁供暖之路已成为当前急需解决的民生发展问题。
据《中国矿业报》记者了解,河北省地热资源丰富,约80%的平原地区赋存地热资源,近年来各地把地热作为替代能源之一,不断加大投资开发力度,全省地热井数量骤增。为促进地热资源有效保护与合理开发,河北省出台了史上最严的地热管理办法,河北省自然资源厅与省水利厅联合印发《关于加强地热开发利用管理的通知》,明确要求,新上的供暖类地热开发利用项目,由该地区市自然资源主管部门组织论证并出具论证意见,不具备回灌条件和具备回灌条件不实施同层回灌的,不予批准。不具备回灌条件,有采矿许可证的,逐步有序退出。但砂岩地区抽水回灌难度大对环境造成影响,因此我国中深层地热供暖遇到瓶颈问题。
王秉忱表示,我国地热资源丰富,又面临急需解决的雾霾治理和北方地区供暖问题,这些年我国大力开发地热资源,包括浅层、中深层,现在正在向干热岩进军,提取地壳内部巨大的热能,现在地热能开发已不是春天来临,而是快到盛夏了。特别是取热不取水技术,已经得到水利部门的认可。水文局的“取热不取水技术”突破了技术难点,已经走到行业前列,为全国树立了好榜样,值得充分肯定。
示范项目实现技术突破
人民的呼唤,祖国的重托,水文局义不容辞地担当起这个艰巨的任务。
在中国煤炭地质总局推行“总部营销战略”的背景下,2018年8月2日,在总局局长赵平带领水文局局长蒋向明等人拜见了河北省委书记王东峰、省长许勤等省领导,并进行了工作座谈,汇报了“取热不取水”关键技术,省领导强调,河北省进行地热能开发利用,前景广阔。同年10月24日,赵平亲临河北工程大学施工现场指导工作,鼓舞信心。
河北工程大学致力于打造绿色无烟校区,新校区总占地4098亩,总建筑面积约101万平方米,一期供热空调面积78.2万平方米,包括3个能源站和4个热水系统 ,其中3号能源站就是以中深层地热“取热不取水”地热井+热泵系统为主要热源,按照“满足总量,逐步替代,分步实施”的原则,最终实现清洁能源供暖。
据《中国矿业报》记者了解,中深层地热“取热不取水”地热井是通过外在的载体(自来水)和技术手段(热交换)获得地下热能,不通过提取地下热水获得热能,为一种不影响地下水资源的地热井工程,与其它地热井截然不同。同时,3号能源站采用智能节能控制系统,实现了流程图演示、实时数据显示、报警、远程控制、自动控制调度、自动报表生成等功能,方便管理、节能且减少运维成本。系统运行一段时间以后,会自动记录各种工况下的能源消耗与产出情况,分析能效变化,并给出优化运行的策略建议。
在听取众专家对项目的点评之后,中国工程院院士武强宣布了新技术成果,他表示,水文局自主投资,积极开展地热能开发利用新技术研究,在河北工程大学新校区完成U型对接井换热试验研究,在中深层地热“取热不取水”技术上取得重大成果。一、首次成功钻探了我国第一眼大口径长距离换热U型对接井,在我国中深层地热能“取热不取水”开发利用技术上取得重大突破。利用复杂的定向钻探与精准对接工艺,施工了大型对接井。该技术采用金属套管全封闭,利用外部水流介质循环获取岩层地热能,成功解决了中深层水热型砂岩回灌量小、破坏地下水资源的难题。这种改进的中深层地热采热技术,实现了“取热不取水”,积极探索地热资源可持续发展的新方向。二、在不扰动地下热水系统实现保护性开采、提高地热供暖换热量方面取得系列科研成果,达到国内及国际先进水平。通过换热试验,一对U型对接井实际获取换热量1565kW,在采用燃气调峰补充的模式下,能为8万~10万平米节能建筑物供暖提供清洁热源,每年可节约标准煤1040吨,可减排二氧化碳2725吨、二氧化硫8.8吨、氮氧化物7.8吨、粉尘70.7吨,取得显著的环境效益。三、项目成果引领我国北方地区地热供暖方式的变革,可作为中深层地热“取热不取水”技术重要的示范基地,在全国范围内广泛推广应用。经过本次换热试验,成功完成了U型地热井的精准对接,获取了地热井换热量的详实数据,取得了“取热不取水”技术的系列研究成果,为在保护地下水资源前提下开发利用地热资源提供了坚实的基础,对全国中深层地热能供暖具有重要的借鉴意义。
核心竞争力大大提升
中国煤炭地质总局局长赵平坦言,水文局为破解地热能供暖抽取地下水难题提供了解决方案,大大提升了核心竞争力,为其技术成果感到骄傲。
在他看来,地热开发取热不取水,属于高清洁、零污染、零排放的绿色能源技术,是新能源利用的典型,地热资源的利用,对于保护绿水青山,缓解我国能源紧张的形势,发展循环经济,建设和谐社会具有十分重要的意义。水文局的中深层地热能“取热不取水”开发利用技术,成功掌握了中深层地热能开采利用过程中“取热不取水”的关键技术,实现了多项技术突破,取得一系列先进的科研成果,达到国内及国际先进水平。
据其介绍,目前水文局所实施的各类项目,都是符合新时代生态文明建设新理念的项目,特别是生态环境产业和水环新能源产业所占比例逐年递增,产业结构得到不断优化。同时,加快科技创新步伐,以重大科技项目带动重大工程项目,取得了一系列关键核心技术,取得地勘主业方面专利104项,形成了以科技创新引领产业发展的新格局。
蒋向明表示,水文局从传统的单一的地勘产业向水文地质勘查及煤矿防治水、环境地质、工程地质及新能源开发利用等四大产业转型。生态环境治理产业取得新进展,贵州凯里鱼洞河煤矿酸性废水治理项目已经取得了初步的成果,被污染的龙洞泉,经过治理后,黄色的污染水变成了一汪清泉,而且已达到饮用水标准。煤矿防治水关键技术取得新突破,通过羽枝状水平定向钻探对“暗构造”进行精细探查,研究总结出薄层灰岩目标层的跟踪钻探技术、水平定向钻探减摩阻技术、智能注浆再造抗承压隔水层技术等信息化集成技术体系的矿井防治水模式,提升了市场竞争力;新型离层注浆技术应用取得新进展,在门克庆煤矿和潞安夏店煤矿进行三下采煤新型离层注浆技术研究示范,取得较好效果,充分利用煤矿“废弃物”——煤矸石进行采煤沉陷区生态治理修复工程,减少生态破坏;干热岩高温钻探取得重大突破,在承担地调局干热岩勘探项目中,成功完成的贵德干热岩勘查孔,终孔深度4721米,井底温度210度以上,是国内钻探深、温度高、施工难度大的干热岩勘查孔,有效提升了水文局在青海干热岩市场的竞争力和影响力。□


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