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采天地热能精华,甘肃能行——访甘肃省建材科研设计院副总工程师田斌守

 2019/04/09/ 14:41 来源:每日甘肃网

  新甘肃·每日甘肃网记者王占东 刘宣汝

甘肃省建材科研设计院副总工程师田斌守在工作中

  4月,春和景明,大地回暖,万物萌发。

  在芳菲正浓的一个午后,记者在甘肃省建材科研设计院见到了太阳能、地热能研究专家田斌守。正如当下阳光正暖、地气生发的季节一样,他对太阳能、地热能的研究也进入了一年繁忙的时段。

甘肃省建材科研设计院副总工程师田斌守介绍太阳能、地热能开发利用原理

  在一组“太阳能+地热能”新能源智慧互补采用系统模型前,他正向客人介绍着甘肃省建材科研设计院在研究、开发和利用太阳能与地热能方面取得的成绩和突破。

  “太阳能是巨量的清洁能源,在我们看不见的地下,地热也是巨量的清洁能源。研究和利用好这两大能源对破解人类面临的发展问题,意义重大。”田斌守向客人说,“尤其是开发利用地热资源,也是我国著名地质学家李四光生前的牵挂。 李四光去世前写下遗言:地下是一个大热库,是人类开辟自然能源的一个新来源,就像人类发现煤炭、石油可以燃烧一样。打开地下热库的大门,不只是为我国开辟新路,对世界也是开辟新路,从而对人类做出较大贡献。”

由田斌守领衔发表的专业论文

  什么是太阳能和地热能?

  今年51岁的田斌守是甘肃省建材科研设计院副总工程师。1987年,他考入山东建筑材料工业学院(今济南大学),是甘肃永昌县新城子镇唐家坡村的第一位大学生。1991年毕业后进入甘肃省建材科研设计院工作,长期从事新型建筑保温一体化技术及建筑节能技术和太阳能光热光伏综合利用技术、地热能应用、规模化储热技术研究。

  在太阳能、地热能等新能源于建筑、工农业应用的研究中,田斌守承担国家级科技计划项目4项,省级科技计划项目20多项。编著、主编出版专著4部,学术论文40余篇,主编地方标准3部,参编地方标准2部。授权发明专利3件,实用新型专利4件。前不久,由其领衔研发完成的《太阳能建筑供暖储热技术》获2018年度甘肃省科技进步二等奖。

由田斌守领衔研发完成的《太阳能建筑供暖储热技术》获2018年度甘肃省科技进步二等奖

  “我们左手边的这个太阳能利用模型,是甘肃省建材科研设计院为陇南一个小学做的太阳能综合利用案例。”田斌守说,“它主要通过太阳能光热技术为建筑物供暖,采用了建筑本体节能、主被动结合的太阳能采暖技术。这是大家都比较熟知的太阳能利用。”

  “但是,我们知道太阳能有密度低、不稳定、不连续的特点。比如多云和阴天下雨以及冬天时,它就会受到许多限制,能量存在不均匀不稳定的问题。”田斌守说,“有没有更好的办法来弥补?有!这就是储热和多能互补。如果把太阳能和地热能互补地利用起来,就补齐了太阳能的短板。”

  那么,什么是地热能呢?

  地热能主要源自地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变,以地热形式存储于岩石、土壤、地下水和气体中,是一种绿色低碳的可再生能源,运用地热能最简单和最合乎成本效益的方法,就是直接取用这些热源。

  田斌守介绍,从学术层面讲,地球从地面向下,每下降100米,地热增温3℃。就像气象学上海拔高度每上升100米,气温下降0.6℃一样。因此,地球从地面向下依次被划分为变温层、恒温层、增温层和地核。地热资源分为浅层土境源、水热性资源和中深层岩热资源。水热性资源即温泉,视不同地方地下热资源禀赋情况开发利用。中深层岩热资源是在地下2500米左右的部位,是人类利用岩热资源的重点,可广泛应用于工农业生产和供暖。地面3000米以下的干热岩层,主要用于高端发电,开发难度较大。

  地热能怎么用?有哪些好处?

  地热是巨量的清洁能源,而地下热水为不可再生的资源。因此,开发利用中深层岩热资源,实现了“取热不取水”的具有可持续发展的开发理念。

  如何开发利用地热能资源呢?

  田斌守介绍,目前中深层岩热资源开发,主要采用的是无干扰地热供暖技术,其基本原理是:向地下一定深处岩层钻孔,在钻孔中安装一种封闭循环的热交换设备——深层换热器,通过专用设备系统向地面建筑物供热。可广泛应用于建筑供暖、工农业生产、农产品加工、食品加工、工业干燥等。比如北方设施农业的大棚供暖均可以实现。

  数值模拟研究结果表明,以地下4000米以内、半径250米以内区域所蕴藏的热能研究发现,岩层温度降低1℃可释放1.48×109MJ热量,可为10万平米小区供暖30年。对于4000米的换热井,其采热影响半径小于15米。经过6个月的恢复,地下岩层温度能够完全复原。

  实践发现,无干扰地岩热供暖技术不受地质、气候、场址等环境条件限制,不抽取或回灌地下水,对地下水、土壤等无干扰、无污染,操作管理简便,绿色、低碳、零排放,可实现地热能的清洁、高效、持续利用。

  以供热费用测算,初投资主要取决于建设地地质结构,运行成本主要取决于建筑围护结构、末端供暖方式等。无干扰地岩热系统24小时运行成本约为2元/(月·m2),投资成本约为270元/m2

太阳能利用原理模型

  该技术实现了中深层地热开发“取热不取水”,利用地热对环境无干扰,实现了对低品位地岩热能的开发利用,拓宽地热开发利用领域,使地热开发不受场地条件制约。

  太阳能应用的核心科技是什么?

  田斌守介绍,利用太阳能资源在目前国际上最核心的技术,在于如何解决储热问题。即如何把来源于夏秋季的热能资源储存下来为人类所利用。

  “储热需要完成三项突破:技术、材料和系统控制。”田斌守说,“我们甘肃省建材科研设计院新能源研究团队主攻的就是储热材料。”

  目前,甘肃省建材科研设计院生产的一种储热的特种混凝土材料,白天可以吸收热量存储起来、晚上将热量释放出来。换言之,就像蓄电池一样可以不断地充电和放电。

  实现太阳能光热系统、地岩热供暖系统、太阳能与地岩热互补系统等智慧能源运行模式,是攻克太阳能跨季储热的一种手段科学、技术可靠、经济可行的方式,可保证供热系统的可靠性稳定性。

地热能利用原理模型

  发展太阳能+地热能,甘肃取得突破,前景可观

  2015年底,甘肃省建材科研设计院在兰州市皋兰县九合镇(甘肃德龙生态建材有限公司)建成第一个无干扰地岩热供暖项目。

  在2015-2018年采暖季中,运行状况很好,示范效果突出。供热建筑室内温度稳定在22-26℃,供暖平均运行成本为1.2元/(月·m2)。

  2017年12月15日,由甘肃省建材科研设计院、中国科学院电工研究所等五家单位合作建设的国内首个“地热能+太阳能”互补供暖示范工程在兰州市西固区张家大坪建成并投入运行。

  该工程集成无干扰地岩热利用、太阳能热利用及跨季节储热等技术,可规模化、低成本、连续稳定利用可再生能源进行清洁能源供暖。经初步运行测评,该工程可满足1.5万—2万平方米节能建筑的供暖需求,工程投资折算为每平方米供暖面积230元—250元。目前,系统运行情况良好,系统运行费用呈持续降低趋势。

  该工程的建成与运行,为北方地区冬季清洁取暖、能源结构调整、生态环境保护等工作提供了新的参考途径。

  田斌守介绍,目前甘肃省建成的地热井有25口,可供约35万平方米建筑采暖。如兰州国家生物产业基地创新园一期无干扰地岩热供热项目、天水武山县地岩热供热示范项目、兰州新区路港物流公司项目、甘肃省循环展览馆无干扰地岩热供热、制冷项目。其中甘肃省循环展览馆无干扰地岩热供热、制冷项目建成运行后,满足该展览馆的供暖及制冷需求,同时将为该展览馆建成后申请认证“绿建三星”中的节能和能源利用指标提供有利保障。另外16口地热井、30万平方米新城镇供暖项目,正在进行可行研究,预计2019年内可开工建设。

田斌守办公室内的专业书籍

  2016年12月—2017年1月,国家连续颁布《能源发展“十三五”规划》《可再生能源发展“十三五” 规划》和《地热能开发利用“十三五”规划》提出,在“取热不取水”的指导原则下,进行传统供暖区域的清洁能源供暖替代,采用“采灌均衡、间接换热”或“井下换热”的工艺技术,实现地热资源的可持续开发。在“十三五”时期,新增地热能供暖(制冷)面积11亿平方米。

  田斌守介绍,在甘肃省委、省政府谋划推进绿色发展,培育发展十大生态产业中,清洁生产、节能环保、清洁能源排在了前三,加快推进中深层岩热资源开发在甘肃面临重大机遇。

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