河北省物勘院:掘“金”浅层地热能 助力建设新型能源强省

   2023-07-12 河北日报郭宇翔14160
核心提示:河北省地球物理勘查院(河北省浅层地热能研究中心)自2008年起就开始了省内开展浅层地热能调查评价工作。15年来,该院开展了大量战略性、前沿性的浅层地热能应用基础研究,推动一系列关键技术取得突破,为河北建设新型能源强省,乃至为我国浅层地热能高效、可持续、大规模开发利用提供了科技支撑。

建设中国式现代化河北场景,河北提出要建设清洁高效多元支撑的新型能源强省。


地热能作为一种清洁低碳能源已纳入“中国碳中和框架路线图研究”路线中,对于河北建设新型能源强省别具意义。


河北省地球物理勘查院(河北省浅层地热能研究中心)自2008年起就开始了省内开展浅层地热能调查评价工作。15年来,该院开展了大量战略性、前沿性的浅层地热能应用基础研究,推动一系列关键技术取得突破,为河北建设新型能源强省,乃至为我国浅层地热能高效、可持续、大规模开发利用提供了科技支撑。


提前谋划,在能源变革中下好先手棋


河北省物勘院从2008年开始,陆续在省内开展浅层地热能调查评价工作,到2020年已陆续参与了省内11个设区市及部分县城城区的调查评价工作。


省物勘院正在开展浅层地热实验。


作为成果之一,其集体参编的《河北省浅层地热能开发利用试验研究报告》,对河北浅层地热能的开发利用区划、利用模式等提出了建议。

同时,15年来,省物勘院聚焦浅层地热能高效开发利用技术,在地埋管换热器换热能力、低成本钻孔技术、地质环境等核心技术攻关领域上开展了一系列研究,提出地埋管换热器优化设计的方向和数字化监测系统的技术方法,实现了一系列突破,获得了多项核心专利技术。

该院创造性地研发出了“套管式地埋管”和“增强型单孔循环”两种新型地下换热方式。


其中,前者是通过改变地埋管的结构方式,使其较常规U型地埋管提升了4倍换热功率。


地埋管深度测量装置。


后者则实现了“取热不取水”,一举解决了以往“只采不灌”方式导致的地下水位下降、地表热污染和化学污染等一系列环境问题。同时,节省了占地面积,为城市建筑密集区开发利用浅层地热能提供了理论技术支撑,填补了河北省深孔换热技术领域空白,部分成果达到了国内领先水平。


以此技术为主体的《浅层地热能资源高效开发利用关键技术研究与示范》项目,还荣获河北省科学技术进步二等奖。如今,该项研究成果已经在京津冀地区多个中大型工程中应用。


此外,物勘院还自主研制了热响应测试仪、大功率热响应测试仪、地埋管深度温度监测仪等大一批应用于地热、浅层地热能领域的前沿仪器设备。科研团队负责人梅新忠介绍,这些技术和设备已在河北多地使用,效果良好。


强强联手,为国家重大战略落地奠定基础


省物勘院不断加强与其他科研单位合作,开展了大量具有战略性、前瞻性的科学研究。


在大兴国际机场临空经济区,与北京地热院合作建设了封闭式单井循环地下换热系统和实验台,利用自有专利技术,开展了多种换热试验,为评价该区域地热资源在不同开采方式下的开发利用效率等提供了科学依据。


在雄安新区,与三峡集团合作提出了“地热+”多能互补方案,为雄安新区建成“绿色智慧新城”提供了可靠的科技支持。


着眼前沿,用智能化赋能浅层地热开发


近年来,物勘院不断探索用智能化、数字化为浅层地热能开发利用赋能,研制出浅层地温监测传感器串,建立了浅层地热能自动化监控信息平台,可实时远程监测浅部地层原始地温、进出水温度、能耗等多项数据,获取浅层地热能开发利用过程中对地质环境的影响程度和规律,目前已在廊坊市浅层地温监测网络以及京津冀多个地源热泵工程自动化监测控制系统中广泛应用。


省物勘院开发的远程动态监测系统。


此外,目前尚在申报省级研究中心的浅层地热能开发利用技术产学研基地建设项目,是物勘院针对浅层地热能集成式数字化平台的又一探索。该项目将建成为一个集教学、实习实训、技术研发、技术集成应用等多方面功能为一体的综合性技术创新平台。


直面难题,突破严寒地区冬季地热能取暖瓶颈


省物勘院对严寒地区煤改可再生能源、农村地区清洁供暖改造等课题展开研究,攻克了常规分布式地源热泵系统在严寒地区无法应用的难题。


高寒地区平均温度低,常规地源热泵系统受到限制,严重制约了煤改清洁能源工作的推进。物勘院瞄准这一问题,研制出地埋管防冻装置,用于解决小型地源热泵机组防冻成本高的问题。


张家口沽源县小红石砬村、张家口市经济开发区二台子村、承德市哈里哈村等多个村落率先试用,经测试,其节能效果显著、建造成本低、维修也方便。

 
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