地表水熱儲回灌技術 助力實現碳達峰目標-地大熱能

天津是全國著名的溫泉之都，其在地熱資源的勘查、開發、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。但由于地熱開采時間較長，加之過去多為單井開采、回灌工作跟不上開發速度等因素影響，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，將會制約地熱資源的可持續開發利用工作。
 
為此，早在20世紀90年代，天津地熱主管部門在地熱方面，就開采重視地熱回灌工作。2010年，通過技術實驗，在基巖熱儲實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，解決了半固結熱儲的回灌技術難題，這相當于為天津發現了一個很大的“富礦”。目前，天津市館陶組熱儲開采井已占全部地熱井的將近一半，基本上實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，天津地熱主管部門又組織天津地熱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、擴大新建地熱井產能，統籌地表水、地熱水統一利用，實現地熱能“夏儲冬用”和地熱資源的采灌平衡等，開辟了另一條新路。
 
薊縣系霧迷山組熱儲層是天津地熱資源開發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的安排，組織開展了《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，組織開鑿2眼地熱回灌井，在夏季的時候，利用當地經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，還實現了“夏季儲能，冬季利用”的開發思路。
 
項目組在構建地質模型的基礎上，采用TOUGH2.0和pHREEQC兩款模擬軟件，對回灌條件下熱儲層壓力場、溫度場和水化學場進行模擬分析和評估，取得了非常好的試驗效果。其試驗數據如下：
 
在一個豐水期內，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。若變成開采量，每年可節約資源成本575.8萬元、環境治理費用192.2萬元。而且，經過計算，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、溫度場和水化學場進行了模擬預測，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，同時對溫度場和水化學場不會產生明顯影響。
 
地表水熱儲回灌除技術上可行外，還要在經濟上有利可圖。自2014年開始，在地表水熱儲回灌的基礎上，天津地熱主管部門又組織天津地熱院、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，并鋪設了進排水管道。目前，因非技術性因素，生產性回灌工作尚未開展，預計2022年夏季即可投產，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、建設過濾設施，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，水價也是制約成本的因素。本人在參與策劃該項目的時候，曾設想通過免繳資源稅、利用豐水期地表水采用民用水價等方式，以鼓勵企業在降低成本的基礎上進行回灌。經測算，在采取相應政策措施后，地熱生產企業不僅經濟上劃得來，具有比較效益，同時會產生很好的社會效益和環境效益，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建議。
 
一是，要出臺相應的鼓勵政策。國家有關部門以及地方地熱主管部門，應當研究制定包括水價政策、回灌補貼政策在內的支持政策，以盡量減低企業生產成本。
 
二是，要制定地表水回灌行業標準。我在擔任天津市國土房管局地熱處負責人期間，就已經意識到地熱標準的重要性。曾組織編制、出臺了4個地方標準，為推廣天津地熱經驗、發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語權。在地表水回灌方面，天津已經有了地方標準，但還應當制定行業標準，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，只要增加作為介質的水源，地熱利用就可以呈幾何級數增長。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是解決北方地區實現基巖地熱可持續利用促進碳達峰目標的可行之舉。