关闭/废弃矿井地热能开发利用研究现状与进展

探索清洁能源发展的创新途径是实现我国“双碳”目标的重要推动力。低焓地热资源(<85℃)是一种零碳清洁能源,可加快居民热能需求的脱碳进程。然而,低焓地热资源的开采面临着投资成本大、易诱发地质环境灾害等问题,限制了其大规模的开发与利用。而关闭/废弃煤炭矿井,由于具有丰富的水、热及空间资源,可创新性地开发低焓地热资源并延长矿区的经济寿命,降低对环境与经济的负面影响。为此有必要对废弃矿井开采地热能相关的技术、经济、环境和政策等因素进行全面的梳理。因此,进行了广泛的文献综述,从废弃矿井地热能开采原理的角度,概述了其系统、热源、需求及政策等方面的研究成果,特别是对矿井水体积、连通性和温度特征及其影响因素进行了详细的分析。在此基础上,讨论了以解析模型、数值计算及现场实验方法评估废弃矿井地热能利用可行性的研究进展。此外,为了直观地说明废弃矿井地热能的利用潜力,考虑围岩动态补热机制,以徐州矿区关闭张集矿为分析案例,估算了其可利用的地热资源。结果表明:张集矿静态储能约为278000 MW·h,围岩动态补热量(0.5 a)约为4731.4 MW·h,系统供能的碳排放系数仅为0.05 kg/(kW·h),与化石能源相比碳排放量减少约13000 t。尽管考虑了动态补热,废弃矿井地热能补给速率仍相对较慢,因此未来的研究应着眼于多能互补方式开发废弃矿井地热资源,结合风能或太阳能将废弃矿井作为产-储热能的关键结构,以提高系统的稳定性。