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碳中和碳達峰

地表水熱儲回灌技術(shù) 助力實現(xiàn)碳達峰目標-地大熱能

天津全國著名的溫泉之都,其在地?zé)豳Y源勘查、開發(fā)、利用以及管理方面取得了很大成績,在全國起到了很好的示范作用。但由于地?zé)衢_采時間較長,加之過去多為單井開采回灌工作跟不上開發(fā)速度等因素影響,導(dǎo)致天津熱儲壓力持續(xù)下降,降落漏斗持續(xù)擴大,若不采取措施,將會制約地?zé)豳Y源的可持續(xù)開發(fā)利用工作。
 
為此,早在20世紀90年代,天津地?zé)?/a>主管部門在地?zé)?/a>方面,就開采重視地?zé)峄毓?/a>工作。2010年,通過技術(shù)實驗,在基巖熱儲實現(xiàn)回灌利用的情況下,又一舉突破了新近系館陶組熱儲回灌技術(shù),解決了半固結(jié)熱儲回灌技術(shù)難題,這相當(dāng)于為天津發(fā)現(xiàn)了一個很大的“富礦”。目前,天津市館陶組熱儲開采井已占全部地?zé)峋?/a>的將近一半,基本上實現(xiàn)了采灌平衡和可持續(xù)利用。
 
2009年1月至2013年12月,繼館陶組熱儲回灌試驗研究之后,天津
地?zé)?/a>主管部門又組織天津地?zé)?/a>院開展了地表水熱儲回灌試驗研究,并取得了滿意的試驗效果,為解決基巖熱儲單井開采造成的歷史欠賬、擴大新建地?zé)峋?/a>產(chǎn)能,統(tǒng)籌地表水、地?zé)崴?/a>統(tǒng)一利用,實現(xiàn)地?zé)崮?/a>“夏儲冬用”和地?zé)?a href="http://xldcn.com/t/資源.html" >資源的采灌平衡等,開辟了另一條新路。
 
薊縣系霧迷山組熱儲層是天津地?zé)豳Y源開發(fā)利用的主要基巖熱儲層。天津地?zé)嵩喊凑仗旖虻責(zé)嶂鞴懿块T的安排,組織開展了《天津市濱海新區(qū)東麗湖地區(qū)基巖熱儲地?zé)?a href="http://xldcn.com/t/資源.html" >資源保護工程》。項目組在收集已有成果資料的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)梳理項目區(qū)所在的東麗湖一帶水文地質(zhì)條件、構(gòu)造特征、地?zé)崃黧w徑流條件以及當(dāng)?shù)氐乃?、氣象資料,在此基礎(chǔ)上,組織開鑿2眼地?zé)峄毓?/a>井,在夏季的時候,利用當(dāng)?shù)亟?jīng)過過濾處理后的豐富地表水進行回灌,不僅增加了地下熱儲壓力,還實現(xiàn)了“夏季儲能,冬季利用”的開發(fā)思路。
 
項目組在構(gòu)建地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上,采用TOUGH2.0和pHREEQC兩款模擬軟件,對回灌條件下熱儲層壓力場、溫度場和水化學(xué)場進行模擬分析和評估,取得了非常好的試驗效果。其試驗數(shù)據(jù)如下:
 
在一個豐水期內(nèi),利用回灌井進行地表水集中回灌,累計增加了霧迷山組熱儲層回灌補給量40萬立方米/年,相當(dāng)于6666噸/年的標準煤的熱當(dāng)量,可減少排放二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、煤灰渣等污染物16778.2噸/年。若變成開采量,每年可節(jié)約資源成本575.8萬元、環(huán)境治理費用192.2萬元。而且,經(jīng)過計算,該試驗基地可滿足150萬立方米/年的地表水回灌要求,其節(jié)煤效果相應(yīng)可以擴大。此外,在回灌條件下,項目組對熱儲層壓力場、溫度場和水化學(xué)場進行了模擬預(yù)測,結(jié)果表明:5年內(nèi)地表水回灌可減緩熱儲層壓力下降速率1米/年,同時對溫度場和水化學(xué)場不會產(chǎn)生明顯影響。
 
地表水熱儲回灌除技術(shù)上可行外,還要在經(jīng)濟上有利可圖。自2014年開始,在地表水熱儲回灌的基礎(chǔ)上,天津地?zé)嶂鞴懿块T又組織天津地?zé)嵩?、東麗湖地?zé)峁驹跂|麗湖建設(shè)了全國唯一的地表水熱儲生產(chǎn)性回灌基地。目前已開鑿了3眼回灌井,建成了水過濾處理廠房,并鋪設(shè)了進排水管道。目前,因非技術(shù)性因素,生產(chǎn)性回灌工作尚未開展,預(yù)計2022年夏季即可投產(chǎn),并可利用東麗湖豐富的地表水進行回灌。 
 
地表水熱儲回灌需要打回灌井、建設(shè)過濾設(shè)施,并鋪設(shè)管道等。除此之后,還要有水源保障。除打井成本、建安成本外,水價也是制約成本的因素。本人在參與策劃該項目的時候,曾設(shè)想通過免繳資源稅、利用豐水期地表水采用民用水價等方式,以鼓勵企業(yè)在降低成本的基礎(chǔ)上進行回灌。經(jīng)測算,在采取相應(yīng)政策措施后,地?zé)嵘a(chǎn)企業(yè)不僅經(jīng)濟上劃得來,具有比較效益,同時會產(chǎn)生很好的社會效益和環(huán)境效益,完全可以推廣利用。
 
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基于上述分析,筆者就在北方地區(qū)推廣地表水熱回灌工作如下三點建議。
 
一是,要出臺相應(yīng)的鼓勵政策。國家有關(guān)部門以及地方地?zé)嶂鞴懿块T,應(yīng)當(dāng)研究制定包括水價政策、回灌補貼政策在內(nèi)的支持政策,以盡量減低企業(yè)生產(chǎn)成本。
 
二是,要制定地表水回灌行業(yè)標準。我在擔(dān)任天津市國土房管局地?zé)崽庁撠?zé)人期間,就已經(jīng)意識到地?zé)針藴实闹匾?。曾組織編制、出臺了4個地方標準,為推廣天津地?zé)峤?jīng)驗、發(fā)揮中國溫泉之都的示范效應(yīng)奠定了基礎(chǔ),也擴大天津地?zé)嵩?a href="http://xldcn.com/t/全國.html" >全國的話語權(quán)。在地表水回灌方面,天津已經(jīng)有了地方標準,但還應(yīng)當(dāng)制定行業(yè)標準,這樣才有利于在北方地區(qū)推廣。
 
三是,要在北方地區(qū)推廣利用。天津市、河北省以及河南、山東等省市,均分布有基巖熱儲,完全可以復(fù)制天津經(jīng)驗。地球是一個龐大的熱庫,有源源不渴的熱能,只要增加作為介質(zhì)的水源,地?zé)崂?/a>就可以呈幾何級數(shù)增長。據(jù)分析,天津若在中心城區(qū)推廣利用地表水回灌,以年回灌量600萬立方米計算,不僅可扭轉(zhuǎn)中心城區(qū)熱儲壓力下降的趨勢,還可每年增加20對地?zé)峋?/a>的開采量,增加集中供暖面積600萬平方米。
 
推廣地表水熱儲回灌技術(shù)是解決北方地區(qū)實現(xiàn)基巖地?zé)峥沙掷m(xù)利用促進碳達峰目標的可行之舉。