井下千米地球深处探热宝

每逢供暖季,我省的空气就会经受一番二氧化碳、二氧化硫、粉尘等燃煤排放物的“洗礼”。大家都在期待,供暖季时蓝天依然透亮。作为一种清洁能源,近年来,我国地热能开发利用规模持续扩大,我省的地热能供暖工作也在逐步推进。随着地热产业的发展,我省已经形成了完整的地热产业链,在技术研发、设计、勘探、钻井、装备、运营、市场方面日渐成熟,很好地支撑了地热产业的发展。 

地热形成自循环,释热不污染

近日,太原市武宿机场附近的一个施工现场,井架耸立,直入蓝天。6米多高的钻井平台上,多名工人正在下泵管;30多米高处,一名井架工正在将钻杆推到卡钳里……“井深2213米,我们已经进行了抽水试验,掌握了含水层的地质构造、岩层结构、裂隙发育情况、地下水的蕴含和补给以及水质、水温、水量等情况。”山西省水勘院所属淼创地热公司(以下简称“淼创公司”)总经理寇双平介绍,经过抽水试验得知,该钻孔井口温度为55℃,井底温度达到63.1℃。基本达到预计目标,可以满足地热能供暖的要求。

走进项目部办公室,一张项目勘探孔预想柱状图映入眼帘。淼创公司地勘人将通过钻探施工来探查区域内地热水资源赋存情况,验证地质资料与设计预想,即通过钻井、测井、抽水试验,查清楚这一带的地下岩层结构、岩石裂隙发育情况、地下水补给等情况。如果这里的岩石裂隙发育情况良好,地层水资源又比较丰富,那么地热水就会源源不断地补给,地热能就可以持续输出,确保供暖稳定持久。

不远处,另一眼井正在钻进。“这两眼井均为参数井,施工完成后,一个抽水,一个回灌,可形成地热水、地源热泵、地上换热系统自循环。地热水被抽出,提取完热量后,再被回灌至地底加热。同时利用提取的热量加热供暖系统循环水,实现向建筑物供热的目的。”淼创公司技术负责人李雪峰称,这样有效避免了水资源的浪费,也可以防止地下水中的重金属盐等对环境造成的污染。

地热资源,科学探寻

只要具备钻井条件,就能轻易找到地热能吗?“那不一定。新中国成立以来,地勘人在全国各地不断进行地热勘查,通过大量的勘查实验和研究,对地热能赋存条件、地层分布有了丰富的实践经验并逐步形成了较为完整的理论体系。2020年,我们在太原理工大学实施地热勘查项目,在理工大原位改性采矿教育部重点实验室赵阳升院士团队致密地层裂缝型热储地热能的理论指导下进行的科学钻探,目前钻孔深度2200多米,井下温度达到70.7℃。”李雪峰说。

从不到1000米的供水井到1000米至2000米的中深层地热井,再到现在的4000米深层地热井,山西水勘院的设备逐步升级,工艺不断优化,钻探技术有了质的提升。“20年前,我们露天施工,摸着操纵杆,全凭感觉下钻。现在,在暖和的空调房里,看着屏幕精准地操作,所有的工作状态都在电脑屏上显示。”寇双平说。

据了解,我省地热资源纵贯南北五大盆地,地热资源星罗棋布。地热能的开发利用具有供能持续稳定、高效循环利用等特点,对改善大气环境质量、能源结构转型具有重要意义。地热能集中供热最大的亮点是完全采用“只取热、不取水”,使用过程中也不会产生废气废渣,不污染环境,节能减排效果显著。相关资料显示,我省地热资源总热量相当于603.588亿吨标准煤,可开采总热量折合标准煤为93.5亿吨。按开采系数法计算,在考虑回灌条件下,每年可开采地热资源总热量相当于1.35亿吨标准煤,每年可减排二氧化碳3.22亿吨。地热作为可再生清洁能源,具有稳定、环保、零排放的特性,在当今人们环保意识日渐增强和能源日趋紧缺的情况下,地热资源开发利用前景广阔。勘探工作更要做好地热资源的前期规划,摸清地热资源的家底,为开发利用打好基础。

地热开发不仅仅是绿色工程

地热能分为干热型地热和水热型地热,我省更多的是水热型地热。因此,目前我省可利用的地热资源就有:天然出露的温泉、通过热泵技术开采利用的浅层地热能、通过人工钻井直接开采利用的地热流体以及干热岩体中的地热资源。“地热资源的开发利用主要是利用其热能,地下岩层结构、地底温度、水量、补给以及埋藏深度、开采难度等因素,都对其开发利用价值有重要影响。”寇双平说,根据地热资源的温度不同,地热能的开发利用方式也不相同,比如,对于分布广泛的中低温地热能,最直接的是利用其进行供热。

山西水勘院为我省忻州市定襄县一小区的10栋楼8万余平方米居民住宅的供暖设备注入了地热能。将天然蕴藏在地下的地热能量传递至千家万户,造福了人民群众。“地热是清洁能源,大力开发地热资源,为百姓提供清洁供暖服务,不仅是民生工程,而且是绿色工程,可以让雾霾少一点,让蓝天多一点。”李雪峰这样说。

无独有偶,太原市玉泉山居小区采用“无干扰地热供暖”,热源不是来自城区的集中供热,而是来自小区地下2500米深处,通过换热器将源源不断的热量以水为载体抽送上来,在供热机房和小区供热管网的水实现热交换,送到小区住户家中。除了住宅小区供热,地热供暖在办公楼等公共场所也得到应用。立春后乍暖还寒,走进太原市晋源区的国投大厦,立刻感受到阵阵暖意,国投大厦采用的是地热供暖,不仅节能减排、环保低碳,经济上也十分划算。

勘探技术的成熟,对我省地热资源的利用起到了极大的推动作用。“地热项目的实施具有科研意义和引领意义,将为加快全省深层地热资源大规模开发、推动能源综合改革试点向纵深推进,乃至为推动全国增强型地热供暖科技进步起到示范效应。”寇双平说,“打好井,探寻地热新宝藏,是我们地勘人的光荣与使命。”

本报记者沈佳 本报通讯员乔静涛