豐富地熱資源助力雄安新區生態文明建設
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先進的地熱開采關鍵技術及示范工程
地熱資源開發利用技術經歷了兩代的演變。第一代技術的基本特征是直采、直供、直排，由于環保水準很低，現已放棄不用。第二代技術是采灌結合、用熱不用水，環保水準很高，已經得到各地政府的重視和推廣應用。在我國，淺層地熱能的利用技術比較成熟。只要抓好嚴格監管等工程質量控制措施，大部分地方都可以使用。實踐中，一般鼓勵地埋管模式的土壤源熱泵系統，限制需要抽水的地下水源熱泵系統，以保護寶貴的地下水資源。對于中深層砂巖熱儲，在回灌條件好的地方，普遍采用第二代技術，回灌技術也在不斷進步中。對于基巖中的巖溶熱儲，逐步形成了規?；?、產業化的地熱開發利用技術體系，并進行了應用實踐。
2009?年起，中國石化集團綠源地熱能開發有限責任公司開始投資建設雄縣地熱供暖項目。在此過程中，中科院地熱團隊受邀提供持續的地熱儲技術支持與技術服務。經過幾年的努力，終于建成了中國第一個用地熱供暖替代燃煤的“無煙城”。雄縣地熱供暖示范工程基于政產學研用相結合的方式，首次實現了地熱利用高效率和接近零排放高水準的清潔能源利用雙重目標，迄今已經平穩運行了?8?年。2014?年初，國家能源局開始把雄縣地熱供暖的示范項目向北方地區推廣。2016?年，雄縣縣城地區的人口?9?萬，擁有地熱井?68?口，其中回灌井?24?口，形成供暖能力?450?萬平方米，基本實現了地熱集中供暖全覆蓋。雄縣采用的是第二代技術，實現了近?100%?回灌，做到了用熱不用水。示范工程的亮點包括：地熱供暖城區全覆蓋，項目規模世界上最大（供暖能力?450?萬平方米，現狀運行?280?萬平方米，惠及?9?萬人口），單井平均供暖能力高達?10萬—15?萬平方米，尾水原水全額同層回灌。
在過去?20?年里，我國地熱資源直接利用總量一直處于世界第一的位置，目前還比美國高?1?倍以上；同時，一般供熱系統的主體設備都是國產化的，因而技術基礎較好。在尾水回灌技術上，通過持續探索，形成了可支持規?；_發利用的熱儲回灌技術系列。雄縣地熱田回灌始于2010?年，截至?2016?年底，雄縣地熱田的累計回灌量已達到?2?383?萬立方米。地熱尾水的回灌避免了地表排放帶來的污染，也有效地減緩了熱儲壓力的下降（圖?2）。
雄安新區巖溶熱儲層的非均質性強，采灌井之間的連通性不易確定。示蹤技術可以將運移參數量化，有效刻畫儲層流體的特征，研究回灌井和開采井之間的水力聯系，對長期回灌可能引起的開采井溫度的冷卻進行預測。筆者團隊從2011年起，在雄縣地熱田進行了3次群井示蹤試驗，取得了試驗區內巖溶儲層采灌井之間連通性的有效參數，包括通道長度、滲透流速、縱向彌散度等，為后期采灌井距和采灌井布局的數值模擬研究提供了科學基礎。試驗結果揭示了回灌井不同方向的滲透流速（圖?3）和采灌井之間連通性好的方向（圖?4）。
采灌井的合理布局和最優井距是地熱田優化開采極為關鍵的兩方面內容，關系到企業的生產成本和熱田的使用壽命。為此，筆者團隊建立了一套用于評價熱田合理布局和最優井距的方法，即在建立地熱田地熱地質模型的基礎之上，采用數值模擬技術，模擬熱儲的溫度和壓力對不同采灌情景的響應（圖?5?和?6），進而以經濟學模型為依據，以回灌帶來的開采水溫下降與水位下降所產生的最小損失為目標函數，確定最優采灌井距和優化開采模式。通過該方法可知，雄縣地熱田在對井模式下，采灌井最優井距為?400?米（圖?7）。
