雄安地热蓄势待发——“含水层储能技术”破解地热能瓶颈

   2017-10-18 南方企业新闻网6990
核心提示:自2015年冬季投入使用以来,实现100%原水对井回灌,井壁不污染不堵塞,地下水通道畅通。
      说起京津冀,人们最关心蓝天工程,“绿色生态宜居”在雄安新区的具体定位中也首当其冲。8月23日,国土资源部中国地质调查局向雄安新区交接并正式公布的雄安新区第一阶段地质调查结果显示,雄安新区稳定场地和基本稳定场地占89.5%,土壤清洁区面积占99.3%,地下水质量总体良好,雄安新区地热资源丰富可开发利用条件适宜。一时间,“地热能”成为了雄安新区规划下的极热领域。

      然而,以提供可再生能源为内核、以生态环保为使命的丰电阳光(北京)清洁能源技术有限公司在地热风的吹拂之下,对能源的深度挖掘做出自己的理解,“目前国内的地下水源热泵技术将浅层地热能作为一个单向索取的“源”,错误认为取之不尽用之不竭;而地下储能技术如同一家银行,储存夏天的热能温暖冬天,储存冬天的冷能凉爽夏天,储存存多少用多少,是可持续发展的循环利用。”带着疑问与好奇,记者对该技术进行了实地探访——

      曾经应用于中国,为何又销声匿迹

      早在上世纪六十年代,为了解决纺织厂夏季空调冷源问题,中国的孙永福提出了初级的地下含水层储能技术,很多地区称之为水空调。到上世纪八十年代,这种结构简陋的水空调因为污染浪费地下水而逐渐退出市场。

      自本世纪初,国内曾大力引进地下水源热泵技术,并在北京、山东、河南、辽宁、河北等地相继建成了为数众多的地下水源热泵工程,应用范围也很广泛。但在两三年后,这些项目大都出现了严重的问题——井的堵塞造成地下水不能有效回灌,引起地面沉降,能效降低,系统的寿命比预期短了很多,致使国内地下水源热泵产业陷入用户不敢采用、水务部门不予审批的困境。专家分析,国内使用泥浆钻井工艺,滤水管使用铁管甚至水泥管,开缝大,滤料差,出水含沙量大,机房配置旋滤除砂器效果有限等等,是国内水源热泵泥沙堵塞的主要因素

      2017年8月17日记者来到襄阳市检察院。据介绍,建设初衷源于节能考虑,襄阳市检察院1.5万平方米办公楼的冷热能均来自于传统水源热泵系统,四口抽水井,八口回灌井。然而使用一年之后出现了严重堵塞。记者在现场看到,目前已经堵塞报废六口回灌井,剩余两个回灌井堵塞情况也很严重。无奈之下,大量地下水通过水管排进下水道内,如此而来,不仅把珍贵的地下水资源流失掉,而且过度抽排地下水可能会引起地面沉降,导致周边建筑物不同程度开裂、倾斜和下沉,更严重的会引起路面大面积下沉、导致地下管道破裂。

 
      地下水源热泵塌陷的回灌井


      地下水源热泵堵塞的回灌井

      荷兰地下含水层储能技术,破解泥沙堵塞顽疾

      荷兰以治水而闻名于世。据了解,荷兰的工程师借鉴了中国上世纪六七十年代的含水层储能理念,以地下水回灌技术为核心,以严苛的欧洲环保标准和安全标准为规范,开发了全新的地下含水层储能系统(ATES)。据丰电阳光技术总监邬小波博士介绍,含水层储能技术以地下水回灌为核心,以其先进的设计理念和新材料、新技术、新工艺的广泛应用,有效解决了国内水源热泵系统回灌技术的瓶颈,既充分利用了浅层地热能资源,又保护了珍贵的地下水,是一项可持续的浅层地热能开发技术。因其节能、环保等特点,近几年在欧洲大行其道。



      邬小波,清华大学工程热物理学博士,荷兰代尔夫特技术大学博士后。曾任上海交通大学副教授,参与荷兰含水层储能技术团队研究开发20年,担任荷兰地质工程公司驻中国首席代表10年。2008年在荷兰的一次国际会议上,丰电阳光总裁欧阳鑫南了解到荷兰的地下含水层储能技术,“这项技术不仅是创新,更是免费、环保的”,他预感到来自荷兰的这项创新很可能为中国的可再生能源领域带来一次全新的变革,力邀邬小波共同创业。通过10年磨砺,成功实现了荷兰含水层储能技术的国产化、产业化,并有长足的创新和发展,两人合作研发的《全封闭地下水原水持续抽灌系统》获得国家发明专利。目前,丰电阳光在国内投入使用的四个含水层储能示范项目均达到了高效节能、100%对井原水回灌的要求,系统运行稳定。

      地下水100%原水回灌,打通了浅层地热的“空调”开关

      无独有偶,襄阳市高新检察院也曾遭遇过地下水回灌难题。该院办公室余伯雄主任如实对记者说:“武汉一家大学的公司2012年为该院建造的水源热泵系统,仅使用三个月就出现堵塞,以后连续修了三次井,不仅没有解决问题,而且井下出现塌陷。”因为办公楼基础没有打桩,有可能影响建筑安全。正当万般无奈时,他们了解到丰电阳光的含水层储能技术,丰电阳光技术总监邬小波博士说:“我们拆除了原有3口水源热泵水源井,拆除了机房的旋滤除砂器,在河谷卵砾石夹细砂复杂地质条件下新建一对含水层储能系统蓄能井和自动控制系统机柜,实现了地下含水层与房屋之间的冷热交换。”到现在已经使用三年,蓄能井没有出现过任何故障,该单位的职工对空调效果交口称赞。

      为了看到该项技术在能源与环保方面的完美展现,记者又先后来到了国家设施农业工程技术研究中心、上海鲜花港和开米集团。

      国家设施农业工程技术研究中心是中荷两国政府合作项目。项目主体为20000平方米的自控玻璃温室,采用含水层储能系统为温室提供冷热源,包括两对蓄能井和2个600立方米的蓄能罐。据该中心丁小涛博士介绍,蓄能井深度为130米,单井出水量50立方米,该项目2013年冬季开始运营,近五年来,不仅实现了地下水100%对井回灌,而且蓄能效果良好。在上海鲜花港走访时,该单位工程师郑田丰兴奋地对记者说:“丰电阳光钻井速度很快,平均10小时完成一口井。上海岩土地质院尝试用国内钻机和工艺试验清水钻井,连续试钻二口都已垮塌。”可见科学所蕴含的力量是无穷的。据邬小波博士介绍,2016年初,位于三菱重工大阪高砂工厂的日本第一个含水层储能示范项目也因日本地质工程公司按荷兰技术标准清水钻进塌井而搁浅,两次来中国请求丰电阳光支援,丰电阳光技术团队和专业装备东渡日本,顺利完成建设任务,该项目已通过日本环境省验收。


含水层储能系统机房

      在丰电阳光的作业过程中,也并非一帆风顺。地处西安的开米集团,由于水文地质条件异常复杂,存在裂隙、夹心状薄砂层、老黄土等难题,荷兰专家和西安市地勘院均认为在这种地质条件下无法使用清水钻进技术成井,建议放弃。丰电阳光技术团队遇难而上,经过大量的实地探测,成功顺利建成蓄能井并通过了西安市水务局的验收。自2015年冬季投入使用以来,实现100%原水对井回灌,井壁不污染不堵塞,地下水通道畅通。

      据了解,丰电阳光是国内唯一掌握荷兰地下含水层储能技术的团队。这种先进的技术不仅积极倡导环保节能的理念,又尊重自然、顺应自然、保护自然,在可再生能源领域风生水起,走出了一条融汇、创新、发展的绿色之路。

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