地表水熱儲回灌技術(shù) 助力實(shí)現碳達峰目標-地大熱能

天津是全國著(zhù)名的溫泉之都，其在地熱資源的勘查、開(kāi)發(fā)、利用以及管理方面取得了很大成績(jì)，在全國起到了很好的示范作用。但由于地熱開(kāi)采時(shí)間較長(cháng)，加之過(guò)去多為單井開(kāi)采、回灌工作跟不上開(kāi)發(fā)速度等因素影響，導致天津熱儲壓力持續下降，降落漏斗持續擴大，若不采取措施，將會(huì )制約地熱資源的可持續開(kāi)發(fā)利用工作。
 
為此，早在20世紀90年代，天津地熱主管部門(mén)在地熱方面，就開(kāi)采重視地熱回灌工作。2010年，通過(guò)技術(shù)實(shí)驗，在基巖熱儲實(shí)現回灌利用的情況下，又一舉突破了新近系館陶組熱儲回灌技術(shù)，解決了半固結熱儲的回灌技術(shù)難題，這相當于為天津發(fā)現了一個(gè)很大的“富礦”。目前，天津市館陶組熱儲開(kāi)采井已占全部地熱井的將近一半，基本上實(shí)現了采灌平衡和可持續利用。
 
2009年1月至2013年12月，繼館陶組熱儲回灌試驗研究之后，天津地熱主管部門(mén)又組織天津地熱院開(kāi)展了地表水熱儲回灌試驗研究，并取得了滿(mǎn)意的試驗效果，為解決基巖熱儲單井開(kāi)采造成的歷史欠賬、擴大新建地熱井產(chǎn)能，統籌地表水、地熱水統一利用，實(shí)現地熱能“夏儲冬用”和地熱資源的采灌平衡等，開(kāi)辟了另一條新路。
 
薊縣系霧迷山組熱儲層是天津地熱資源開(kāi)發(fā)利用的主要基巖熱儲層。天津地熱院按照天津地熱主管部門(mén)的安排，組織開(kāi)展了《天津市濱海新區東麗湖地區基巖熱儲地熱資源保護工程》。項目組在收集已有成果資料的基礎上，系統梳理項目區所在的東麗湖一帶水文地質(zhì)條件、構造特征、地熱流體徑流條件以及當地的水文、氣象資料，在此基礎上，組織開(kāi)鑿2眼地熱回灌井，在夏季的時(shí)候，利用當地經(jīng)過(guò)過(guò)濾處理后的豐富地表水進(jìn)行回灌，不僅增加了地下熱儲壓力，還實(shí)現了“夏季儲能，冬季利用”的開(kāi)發(fā)思路。
 
項目組在構建地質(zhì)模型的基礎上，采用TOUGH2.0和pHREEQC兩款模擬軟件，對回灌條件下熱儲層壓力場(chǎng)、溫度場(chǎng)和水化學(xué)場(chǎng)進(jìn)行模擬分析和評估，取得了非常好的試驗效果。其試驗數據如下：
 
在一個(gè)豐水期內，利用回灌井進(jìn)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(wàn)立方米/年，相當于6666噸/年的標準煤的熱當量，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(kāi)采量，每年可節約資源成本575.8萬(wàn)元、環(huán)境治理費用192.2萬(wàn)元。而且，經(jīng)過(guò)計算，該試驗基地可滿(mǎn)足150萬(wàn)立方米/年的地表水回灌要求，其節煤效果相應可以擴大。此外，在回灌條件下，項目組對熱儲層壓力場(chǎng)、溫度場(chǎng)和水化學(xué)場(chǎng)進(jìn)行了模擬預測，結果表明：5年內地表水回灌可減緩熱儲層壓力下降速率1米/年，同時(shí)對溫度場(chǎng)和水化學(xué)場(chǎng)不會(huì )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(kāi)始，在地表水熱儲回灌的基礎上，天津地熱主管部門(mén)又組織天津地熱院、東麗湖地熱公司在東麗湖建設了全國唯一的地表水熱儲生產(chǎn)性回灌基地。目前已開(kāi)鑿了3眼回灌井，建成了水過(guò)濾處理廠(chǎng)房，并鋪設了進(jìn)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(kāi)展，預計2022年夏季即可投產(chǎn)，并可利用東麗湖豐富的地表水進(jìn)行回灌。 
 
地表水熱儲回灌需要打回灌井、建設過(guò)濾設施，并鋪設管道等。除此之后，還要有水源保障。除打井成本、建安成本外，水價(jià)也是制約成本的因素。本人在參與策劃該項目的時(shí)候，曾設想通過(guò)免繳資源稅、利用豐水期地表水采用民用水價(jià)等方式，以鼓勵企業(yè)在降低成本的基礎上進(jìn)行回灌。經(jīng)測算，在采取相應政策措施后，地熱生產(chǎn)企業(yè)不僅經(jīng)濟上劃得來(lái)，具有比較效益，同時(shí)會(huì )產(chǎn)生很好的社會(huì )效益和環(huán)境效益，完全可以推廣利用。
 

 

基于上述分析，筆者就在北方地區推廣地表水熱回灌工作如下三點(diǎn)建議。
 
一是，要出臺相應的鼓勵政策。國家有關(guān)部門(mén)以及地方地熱主管部門(mén)，應當研究制定包括水價(jià)政策、回灌補貼政策在內的支持政策，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。我在擔任天津市國土房管局地熱處負責人期間，就已經(jīng)意識到地熱標準的重要性。曾組織編制、出臺了4個(gè)地方標準，為推廣天津地熱經(jīng)驗、發(fā)揮中國溫泉之都的示范效應奠定了基礎，也擴大天津地熱在全國的話(huà)語(yǔ)權。在地表水回灌方面，天津已經(jīng)有了地方標準，但還應當制定行業(yè)標準，這樣才有利于在北方地區推廣。
 
三是，要在北方地區推廣利用。天津市、河北省以及河南、山東等省市，均分布有基巖熱儲，完全可以復制天津經(jīng)驗。地球是一個(gè)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，地熱利用就可以呈幾何級數增長(cháng)。據分析，天津若在中心城區推廣利用地表水回灌，以年回灌量600萬(wàn)立方米計算，不僅可扭轉中心城區熱儲壓力下降的趨勢，還可每年增加20對地熱井的開(kāi)采量，增加集中供暖面積600萬(wàn)平方米。
 
推廣地表水熱儲回灌技術(shù)是解決北方地區實(shí)現基巖地熱可持續利用促進(jìn)碳達峰目標的可行之舉。