礦井涌水熱利用技術對北京新能源開發的啟示

“十一五”規劃實施以來，北京市充分發揮自身的技術及資金優勢，不斷加大可再生能源的開發力度。截至2008年底，全市可再生能源利用量達到150萬噸，占能源消費總量的3%以上，成為滿足經濟社會發展能源需求的有力補充。

從能源利用品種上看，北京市對太陽能、生物質能、風能等都已進行了較為深入的開發。同時，多項技術應用都走在全國前列，有力地提升了北京作為首都在可再生能源利用方面的綜合示范作用。

“十二五”期間，為減輕化石能源供應壓力，實現低碳經濟發展目標，北京市可再生能源利用總量將達到700萬噸，接近目前利用總量的5倍。為完成這一宏偉目標，在充分利用太陽能、生物質能以及風能等傳統可再生能源的基礎上，還應進一步擴大可再生能源開發利用的范圍，探索新的可再生能源品種，以確保完成可再生能源總量利用目標，并為全國范圍內推廣提供更好的示范支持。

北京城市供熱面臨多重壓力

供熱是當前保障北京城鄉居民正常生活的基本條件，也是城市功能正常運轉的基本保證。截至2010年，按照北京“十一五”熱能規劃，北京市供熱面積為59500萬平方米，其中城六區供熱面積為39670萬平方米，供熱方式采用燃煤燃氣鍋爐供熱為24767萬平方米，占供熱面積62.4%;郊區縣供熱面積為19830萬平方米，供熱方式采用燃煤燃氣鍋爐供熱為18513萬平方米，占供熱面積93.4%。由此可見，北京市的供熱主要還是以煤炭和天然氣為主，并多依賴于外埠供給。已經過去的2009-2010年采暖季，由于北京天然氣供給的緊張，使城市供熱用能問題凸顯。

近日剛剛結束的“十二五”節能潛力調研和能源規劃表明，北京市城市供熱的發展將面臨著人口、資源、環境和經濟的多重壓力，但熱源建設卻嚴重滯后于城市建設，熱源供應與采暖需求矛盾日益突出。為此，進一步開發可再生能源已成為保障北京可持續發展的迫切需要。

礦井涌水熱能的開發與利用

據有關數據分析，由于地質構造及煤層成形的冰川世紀特點，北京市郊煤礦礦井有大量的礦井涌水，隨著地層深度的變化，礦井涌水的溫度大約在26-30度，這些廢棄礦井如同一個個地下熱水源。

目前，北京市的煤炭開發正在逐步退出，廢舊礦井將達到170余處，礦井涌水利用具有巨大潛力。有關方面應在充分調研的基礎上，做出相應規劃，采取切實措施，利用國家973計劃項目(2006CB202200)的HEMS(礦井涌水熱能利用)技術，盡快開發和利用廢棄煤礦的井下涌水，變礦井涌水為清潔熱源，變隱患為再利用能源，不僅可以提高清潔能源的利用水平，改變北京供熱用能結構，有效形成供熱能源供需平衡，而且能進一步減少對化石能源的消耗，減少碳排放，促進“綠色北京”發展戰略目標的實現。

從全國層面上看，我國現有礦井總數約1.5萬個，平均每個礦井每年自身供暖及洗浴的耗煤量約為0.5萬噸。若我國礦井都利用熱害或深部熱能資源來代替礦區燃煤供熱鍋爐，則每年可節約燃煤量約0.75億噸，每年減少排放CO2約1.4億噸，從而真正實現節能減排，可持續發展，這對發展我國低碳經濟意義重大。

礦井涌水熱源利用的核心技術

廢棄礦井及地下水源熱害換一種角度看其實也是一種熱能，是地熱能的一部分。

國家973計劃項目(2006CB202200)的HEMS(礦井涌水熱能利用)技術，是由深部巖土力學與地下工程國家重點實驗室負責進行研制和推廣。該國家實驗室依托973項目計劃，多年來從事深井熱害控制和熱能利用領域的研究。實驗室主任和973首席科學家何滿潮教授提出了針對深井熱害資源化利用所研發的井上供熱與井下降溫一體化設計工藝系統，其工作原理是利用礦井各水平現有涌水，通過能量提取系統從中提取冷量，然后運用提取出的冷量與工作面高溫空氣進行換熱作用，降低工作面的環境溫度及濕度，并且以礦井涌水為介質，將工作面熱害轉為熱能輸送到井上代替燃煤鍋爐進行供熱。

HEMS技術的成本收益分析

以供熱面積為100萬m2，年采暖熱負荷指標取60W/m2，冬季總熱負荷初步估算為60MW。比較礦井涌水利用即HEMS系統、燃煤鍋爐、燃氣鍋爐三種技術:

總能耗:6×10×4×30×24×3600=6.22×10

折合標煤量為6.22×10÷29307600÷1000=21223t

HEMS-Ill供暖系統用電折合標煤量

1/4×21223×1.2286=6518t

燃煤鍋爐消耗標準煤量

21223÷0.75=28297t

燃氣鍋爐消耗標準煤量

21223÷0.88=24117t

由以上數據可知，每100萬平方米供熱采用HEMS供熱系統比采用燃煤鍋爐節約2.18噸標煤，節能量約77%。比采用燃氣鍋爐節能1.76噸標煤，節能約73%。

北京郊區廢棄煤礦可開發的約有170個，如果做到開發有序，加快廢棄礦井涌水的統一規劃和開發指導，科學管理，則利用HEMS技術供熱系統將解決礦區大部分居民供熱問題，相比燃煤鍋爐供熱節能約50萬噸標煤。

目前，礦井涌水熱利用技術已比較成熟，并先后在徐州夾河礦、張雙樓礦等進行了試點，供熱及節能效果非常顯著。

為此，有關部門應加快對全市廢舊礦井涌水資源量的專項調查研究，以摸清可利用資源總量及分布情況，為下一步有序開發奠定基礎。