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    助推浅层地温能 打造地勘新技术——山东局一队浅层地温能调查评价项目纪实

    2019-01-30 10:15:42 中煤地质报 阅读

    □  甘 芬

          日前,山东省煤田地质局一队通过《山东省十六市下辖县(市)及城镇化建设重点区域浅层地温能调查评价》项目成果,获9项国家专利授权,并形成了《山东省水源热泵系统回灌井设计标准(初稿)》,用品质铸就了浅层地温能品牌。

    攻克地热难关 打造创新地热新平台

          浅层地温能属于清洁能源,是我国大力推广利用的新能源。目前,在国内外对浅层地温能的研究比较多,但在水源热泵形式利用浅层地温能方面的研究较少。因为在浅层地温能利用过程中,水源热泵系统是重要的组成部分,其中有很多的难点、疑点需要解决,这些问题一直制约着水源热泵系统的推广利用。为了切实有效解决水源热泵系统回灌技术瓶颈,山东局一队水源热泵系统回灌技术研究团队针对回灌技术中各项指标井径、井深、井间距、回灌压力、回扬周期等对回灌的影响,长期回灌对地质、环境地质、水温、水位、含水层等的影响等方面进行了研究。根据各类因素,提出切实有效的方案,为今后水源热泵系统回灌技术起到指导作用。同时,随着浅层地温能技术地源热泵方式发展逐渐成熟,示范项目不断建设完成,其节能效果也成为建设单位、政府及全社会颇为关注的问题。节能环保性研究团队利用节煤量、减排量、单位能耗等不同的评价指标对地源和水源两种热泵系统节能、环保与经济性进行分析评价,探讨节能效益、经济效益及环境效益,准确地评价系统的性能,并实地进行试验,有效提出了解决方案。

          项目总负责人、水文高级工程师王显民说:“对于以煤炭技术服务为主的一队而言,没有足够的市场发展经验,很难踏入浅层地温能勘查市场,但是我们有信心克服困难,打开地热这块市场。”王显民清楚一队的优势,他们曾以煤田勘查技术为核心,在地勘市场占领了一座又一座高地。一队承担的内蒙古自治区东胜煤田柴登梁煤炭普查、东胜煤田公尼召煤炭普查、羊路井煤炭普查等重点煤炭区勘查项目,夯实了煤炭勘查根基。现在,王显民又带领刘柱、郑壮壮等高层次科技创新团队,冲向地热这块高地。

    探索地热回灌“新方法” 突破技术难题

          “王院长以身作则,在地勘一线给我们树立了榜样,我也将严格要求自己和施工团队,认真做好各项工作。”刘柱说。刘柱,80后小伙儿,曾先后担任山东省滕县地区铀矿地质调查与选区项目、山东省煤层含铀性分析项目、内蒙古白芨芨项目铀矿地质调查与选区大型项目技术负责人,是一队技术中坚力量。作为此次水源热泵系统回灌技术研究项目负责人,刘柱深感责任重大。

          为了尽快完成工作,刘柱带领项目组制定周密计划,开启了“5+2、白加黑”工作模式。一二月份正值寒冷的时候,再加上多次降雨,地上泥泞不堪,刘柱带领团队在监测井旁边搭了一个简易帐篷,深一脚浅一脚地在凛冽的寒风中收集数据。每隔半个小时要检测一次回灌水位、流量,每隔半个小时要检测一次压力、环境湿度、回灌井升程,每隔半个小时要观察一次抽水降深,他们在钻井和帐篷间来回穿梭,不但不冷还大汗淋漓。在施工过程中出现了回灌井溢水,导致大量物资浸泡,造成了损失和大量水资源浪费,这可愁坏了项目组,他们挑灯研究,反复实验,终于发明了一种解决地下水源热泵回灌井溢水的装置,不仅解决了上述问题,还申请了专利。

          他们还发明了“一种水源热泵回灌井自动回扬的装置”,解决了传统回扬装置现场下管提泵等操作程序繁琐的问题,采用自动化技术对回灌井进行回扬,减少了作业工序,降低了施工成本,为水源热泵系统的高效利用提供了方便。“一种便携式手动成井设备”专利解决了小场地施工,较大钻探机器无法进入场地的难题,这种装备施工可靠性较高,钻杆晃动小,创造性地解决了普通简易打井设备中出现孔斜的问题,将水源热泵系统回灌技术打造成为一队技术创新的一张王牌。

    打造地热节能环保新模式

          浅层地温能是一种新型能源,具有很大的节能环保性。但很多项目实际运行时系统设备利用不合理,没有达到节能的效果。为了找出根源,节能环保性研究项目负责人郑壮壮带领团队翻阅各类文献,并对实际运行的系统进行监测,对数据精确分析,一步步验证,最终提出了解决方案。

          郑壮壮说:“考虑到整个供暖季和制冷季热泵系统实际工况与外界环境变化的情况,我们利用不同的评价指标综合评价地(水)源热泵系统的节能效益、经济效益及环境效益,数据更全面,分析结论更可靠。”团队总结实际监测过程中遇到的系统运控问题,提出加装变频装置或对现有变频装置进行改造,使其真正发挥变频效果。用户则可根据末端负荷进行流量调节,减小水泵输入的能耗。地源可设置供热与制冷两个运行频率。对循环水泵设备进行改造,更换目前选型偏大的循环水泵。根据系统温差及机组制热、制冷能力匹配相应循环水泵的方案,合理地解决了优化运行管理和存在的问题。

          针对中央空调机房及供水泵房中,常因软水箱、定压水箱或蓄水箱(池)等补水或蓄水装置损坏、失灵等造成溢流漏水事故等问题,他们发明了“中央空调机房及供回水泵房用报警系统”这种具有监控、报警功能的中央空调机房及供回水泵房用报警系统。该系统提高了设备管理效率,减少了运行管理人员的劳动强度和巡查频率,及时发现和处理运行故障,排除安全隐患,保证设备长期安全运行。又通过“一种用于地源热泵的地埋管换热装置”提供一种冷热源利用效率高的地埋管换热装置,在地埋管外部设置换热箱体和换热延伸管,增大与岩土体的接触面积,提高能量吸收效率,解决了当前地源热泵技术受换热管结构及体积的限制,能量吸收效率低,能量输送到用户端能源损耗大的问题。由于水源热泵系统中水源热泵在吸水和出水时所得到的温差会有所改变,而抽水量往往不能与系统的温差进行匹配,导致抽水泵耗电量增加,浪费了电能,增大了系统设备的损耗。基于此,研究团队设计了“一种用于水源热泵的节能装置”,解决了上述问题。

          郑壮壮又从解决热泵周期长的技术问题方面,推动解决效率低、能源损耗大的问题,创造了在一个节能环保性项目中获得6个专利的历史纪录。

          近几年来,一队面对地勘行业低迷的现状,审时度势,不断升级技术装备,坚持走绿色勘查之路。推动转型发展,积极融入自然资源、服务自然资源,提高自主创新能力,在向非常规能源勘查拓展的同时,向从单一能源勘查向多金属勘查、生态文明建设、新能源勘查的产业升级发起了挑战,以新旧动能转换重大工程为抓手,自觉践行新发展理念,探索可复制、可借鉴的新模式,掀起了浅层地温能应用创新热潮。

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