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地质先锋 让地热资源焕发更强生命力天津地热院有实招

星空体育网站入口:地质先锋 让地热资源焕发更强生命力天津地热院有实招

发布时间:2024-04-16 12:12:32 来源:星空体育网站入口官网 作者:星空体育全站app 点击:46

  优秀地质文化是滋养广大地质工作者的精神家园,是中国地质事业薪火相传的活水源泉,大力弘扬“李四光精神”“三光荣”传统和新时代地质文化,着力构筑符合时代要求、具有行业特色的地质文化新格局新生态,增强全国地质工作者的荣誉感、使命感、归属感,为地质事业高质量发展注入澎湃动力。《中国矿业报》特开设“地质先锋”专栏,旨在挖掘基层单位闪光点,深入宣传基层单位在践行新时代地质文化的先进做法、典型经验,发挥新时代地质文化的示范导向和辐射带动作用。

  近50年来,天津地热勘查开发设计院(以下简称“天津地热院”)甘做地热资源的“搬运工”,持续挖掘这种零排放且温度、流量长期稳定的清洁能源,让地热资源在新时代焕发出更强的生命力。

  天津市地处华北平原北部,地热资源非常丰富,且分布范围与城市建设区高度重叠,具有开发便利、成本低、安全稳定等特点。当前,地热能资源主要利用类型为水热型地热资源和浅层地热能资源。如何精准勘探、科学评价、进一步挖掘潜力成为首要攻克的难题。

  一方面,天津地热院对蕴藏在地下4000米以浅的水热型地热资源运用空天地一体化的勘查手段进行普查和详查。截至目前,该院已投入资金6000余万元,对天津中心城区、东丽区、宝坻区等地开展了大量的地质勘查,普查面积共6380平方千米,勘查出4个地热田,最大勘探深度达到4512米,完钻地热井123眼,出水率达到100%。与此同时,针对天津市全域温度大于25摄氏度、深度4000米以内的所有热储层,建立了三维地热地质模型,运用数字模拟技术计算各热储层地热资源储量,进行地热资源开发利用适宜性评价和分区。经勘查,天津市平原区4000米以浅的范围内,回灌条件下地热流体可开采量为4.96亿立方米/年,其中主力开采层位可开采量为1.64亿立方米/年,折合标准煤120.13万吨,可减少二氧化碳排放477.73万吨,减少其他有害气体和粉尘煤渣排放26.23万吨。

  另一方面,天津地热院在浅层地热资源勘查工作上“做足功课”,对全国浅层地热能调查工作起到积极示范作用,通过地质钻探、热响应试验、岩土体取样测试等技术手段,查明天津市域可利用的浅层地热能资源量为1748万亿吉焦,冬季可供暖面积13.4亿平方米,夏季制冷面积12.6亿平方米,按照开发10%的可利用资源量计算,扣除开采时的电能消耗,可节约标准煤448万吨,减少向大气排放煤灰、氮氧化物、二氧化硫及二氧化碳1184万吨。

  为了让清洁的地热资源发挥出更大效能,天津地热院以将天津打造成全国地热示范城市为己任,按照“应用尽用”的原则,根据“品质对口,梯级利用”的用能思路开展技术攻关,将不同温度的地热资源高效运用到城市供暖、康养旅游、设施农业等领域。

  “暖流”输入百姓家。40摄氏度以上的地热资源为城市居民供暖提供保障。据统计,2022年度,天津市利用地热资源供暖面积达4129.41万平方米,供热总量约合902万吉焦,折合标准煤30.19万吨,折合天然气约2.74亿标准立方米,相当于100座40吨级别的燃煤锅炉,减少二氧化碳排放100.86万吨、减少有害气体和粉尘煤渣量1.31万吨。预计到“十四五”末,天津市地热资源供暖面积可达6000万平方米,占全市集中供暖面积的10%。

  “温泉”赋能旅游发展。50摄氏度左右的地热资源成为旅游康养的亮丽名片。天津地热温泉被称为“医疗矿泉水”,其中蕴含丰富的矿物质和有益的微量元素,利用其对内在平衡的调节具有特殊的作用。目前在中心城区、滨海新区等地,已建成东丽湖、京津新城、团泊新城、天津龙达温泉生态城等具有一定规模的温泉旅游度假区,吸引游客量逐年递增,带动了旅游业发展。

  “甘泉”助推新农业建设。20摄氏度至30摄氏度的地热资源被广泛应用到农业生产。天津市滨海新区等地有3个较大型农业基地利用地热水进行反季节种植,包括不同种类的蔬菜和花卉等,解决了淡季蔬菜的供应和国内外市场对花卉的需求。滨海新区、宝坻区等地有7个单位利用地热水进行水产养殖,主要有左口鱼、石斑鱼、河蟹、对虾等,可保障养殖不受季节影响,促进了当地农业发展。

  地热资源为地球本身蕴藏的热量,可以说取之不尽,但如果地下水位下降过快,地热资源的使用必然受到影响。为实现“取之不尽、用之不竭”的目标,天津地热院在地热资源保护、可持续利用的课题上“动足脑筋”。

  一方面,天津地热院服务地热资源主管部门,积极推广地热回灌开发模式,确立地热供暖项目必须采用回灌式开发审批制度,并按照“以灌定采”的原则确定可开采量,形成了“在保护中开发、在开发中保护”的良好机制。该院主持编制的《天津市地热回灌运行操作规程(试行)》《天津市地热回灌地面工程建设标准》《地热回灌成井技术要求》《地热尾水回灌技术规程》《地表水基岩热储回灌技术要求》等一系列地方和行业标准,为规范地热资源保护和可持续开发利用奠定了良好基础。当前,该院已相继建成200多处地热回灌开发系统,地热回灌量由2012年的1310万立方米提升至4153.97万立方米。据统计,2022年,天津市地热总体回灌率达到89.16%,所有储层水位都在回升,回灌水平和规模在全国居于领先地位。

  另一方面,针对砂岩孔隙型热储回灌这一世界性难题,他们立足于天津地区热储特征,在回灌井布局、堵塞机理、成井工艺、地面过滤工艺等方面展开科技攻关,实现了馆陶组孔隙型地热对井100%回灌的突破。经过多年的探索,2021年12月,全国最大规模生产性地表水回灌补给深部地热储层工程在天津市东丽湖旅游度假区通过验收,该工程每年可向地热储层补水120万立方米。

  如何使用先进科学技术方法和手段,使地热资源最大程度地服务社会?这是一直以来天津地热院努力的方向。他们在地热资源优化使用、动态监测等方面也取得了新突破。

  该院探索出“多能耦合”新路径。为解决单眼地热开采井由于流量、温度所限无法解决大面积供热的问题,他们以“地热+”多能互补模式进行探索和尝试,将地热作为基础能源与天然气融合使用。他们实施的南开区金谷园成为“地热+天然气”供暖样板,该供热站除采用天然气外,设置开采井和回灌井各1眼,供暖面积达到320万平方米,为3万多户居民供暖。其中,仅一对地热井每年节省燃气238.9万标准立方米,减少有害气体排放1.12万吨,相对于传统供热方式大大降低了供热成本,同时也减少了碳排放。当前,此类型的供热站在天津已建成使用近10个,且运行平稳、水温适宜,实现了清洁能源的最优化利用,能满足面积百万平方米以上的建筑供热需求。

  天津地热院还实现了“全时空”动态智能监测地热资源,并且天津地热监测系统已运行30多年。如何在信息化条件下,更加高效、精准、全面获取地下热水的压力(水位)、水量、水质、水温等数据尤为重要,为攻克这一技术难关,该院组织技术单位与中国科学院、中国地质科学院、中国地质大学建立了技术创新合作机制,与南开大学及有关科研机构共同研发地热井水位自动监测设备,并取得国家专利,已成功应用于温度高于90摄氏度的高品质地热资源的地热井。目前,该院在天津317个地热站同步设置流量、温度、水位等各类监测设备939台套,运用地热井水位温度测量、地热井监测数据远程采集等装置,依托地热资源动态监测信息管理平台,积极深入推进“全时空”动态智能监测。

  面对国家和行业需求,天津地热院将积极投身新一轮找矿突破战略行动,因地制宜大力勘探开发地热资源,创新地热开发利用技术,促进地热产业发展,为推进能源、保障国家能源资源安全作出新贡献。

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