二氧化碳-水-岩作用机理及微观模拟方法研究进展

系统综述CO_(2)-水-岩复杂作用机理、多孔介质反应输运(溶解、沉淀及沉淀运移)微观模拟、CO_(2)-水-岩系统微观模拟3个方面的研究进展,指出目前研究存在的主要问题并提出了关于未来研究方向的建议。CO_(2)注入储集层后,不仅存在常规渗流体系的流动和传质作用,还会产生溶解、沉淀及沉淀运移等特殊物理化学现象,其耦合作用导致多孔介质的孔渗参数变化规律复杂。孔隙尺度的微观渗流模拟,可以得到孔喉三维空间内的详细信息,且能显性观察到多孔介质流-固界面随反应的变化。目前研究主要在复杂作用机理解耦合、多矿物差异性反应表征、沉淀生成机理及表征(晶体成核和矿物脱落)、沉淀-流体相互作用模拟方法、多物理化学过程耦合渗流机制等方面存在局限。未来研究中,需要创新实验方法对“溶解—沉淀—沉淀运移”解耦合,提高矿物地球化学反应相关参数实验测试的准确度,在不同沉淀机理可靠表征的基础上,建立沉淀-流体相互作用模拟方法,并有机耦合各个物理化学过程,最终实现对CO_(2)-水-岩系统中“溶解—沉淀—沉淀运移”的耦合渗流模拟。

干旱地区河槽暗蓄雨洪资源化利用模拟

目的 研究利用雨洪资源解决干旱地区用水短缺问题,提出利用河槽暗蓄收集雨洪最佳工程方案,为该类工程的设计提供参考。方法 应用Visual Modflow软件模拟研究辽西喀左地区内第二牤牛河流域中不同调蓄方案和拦蓄入渗方案对河槽暗蓄雨洪资源化的影响。结果 通过不同调蓄方案的对比,采用可调控悬挂截渗坝代替现有截渗坝时,雨洪资源利用率可提高至20.3%;通过不同拦蓄入渗方案的对比,“不清河床+坑塘+拦水堰”方案的雨洪资源入渗量为天然条件下雨洪资源入渗量100倍以上。结论 河槽暗蓄雨洪资源化工程最佳的拦蓄入渗和调蓄组合方案为在“不清河床+坑塘+拦水堰”的情况下采用可调控悬挂截渗坝,可显著提高雨洪资源利用率。

CO_(2)与绿氢合成甲醇的过程模拟及储能性能分析

文章模拟了CO_(2)与绿氢合成甲醇的过程,提出了CO_(2)储能密度指标,研究了多个参数对甲醇储能性能的影响。研究结果表明:系统能效和甲醇能量产率随着电解水效率、单程CO_(2)转化率、电解水压力和CO_(2)初始压力的升高而升高,随着甲醇合成压力的升高而降低;CO_(2)储能密度随以上参数的变化趋势与系统能效和甲醇能量产率相反;电解水效率和单程CO_(2)转化率是敏感关键的参数;在最优组合工况下,基于甲醇高位和低位热值的系统能效分别为68.0%和59.6%,CO_(2)储能密度为6.07 k W·h/kg,能量产率为0.108 kg/(k W·h),表明以CO_(2)为原料的电制甲醇的系统能效不够理想,但储能密度优势显著。

基于差分进化算法的旧采空区水分质利用优化配置

大部分矿井水污染程度低,稍加处理即可供饮用、工业、农业、生态等使用。焦作煤田吴村矿旧采空区水可供水量为718 m^(3)/h,矿区周围饮用、电厂、灌溉、养殖、生态等用户需水量为1073.74 m^(3)/h,旧采空区水仅能满足66.87%的用水需求;旧采空区水需处理达标后才能供给用户,不同用户的水处理工艺和费用差异较大,依据水质优化配置旧采空区水量具有重要意义。目的为了实现矿井排水综合利用效益最大化,方法以焦作煤田吴村矿旧采空区水为研究对象,在计算其供水量和分析水质基础上,结合矿区周围饮用、电厂、灌溉、养殖、生态需水量及水质要求,构建718 m^(3)/h旧采空区水分质利用优化配置数学模型,并利用差分进化算法求解。结果结果表明:灌溉期分配饮用水6.00 m^(3)/h、电厂用水334.95 m^(3)/h、灌溉用水353.89 m^(3)/h、养殖用水19.76 m^(3)/h、生态用水3.40 m^(3)/h;非灌溉期分配饮用水6.00 m^(3)/h、电厂用水688.84 m^(3)/h、灌溉用水0 m^(3)/h、养殖用水19.76 m^(3)/h、生态用水3.40 m^(3)/h时,旧采空区水分质利用年收益最大。结论研究结果可为类似矿井旧采空区水和矿井排水资源化利用提供借鉴。

黄河流域抽水蓄能开发研究与思考

抽水蓄能作为新能源大范围开发的稳定器与助推剂,是促进黄河流域节水减排的关键,其大规模发展势在必行,但黄河流域水资源短缺,如何在碳排放与水资源双重约束下,实现能源结构绿色低碳转型,对黄河流域生态保护与高质量发展具有重要意义。依据《抽水蓄能中长期发展规划(2021—2035年)》,系统梳理了黄河流域八省(区)(不包括四川)抽水蓄能已建、在建及拟开发项目规模,初步估算了抽水蓄能大规模开发对地表水资源指标的占用情况,从调节库容占用和综合利用效益发挥两个方面分析了抽水蓄能运行对既有水利工程的影响。结果表明:黄河流域已建、在建、规划、储备抽水蓄能站点共计100座,总装机规模126050 MW,累计耗水约2.521亿m^(3);依托已建水利工程加装可逆式机组对梯级水电功能进行再造时,应充分评估对原有水利枢纽综合利用任务与工程安全的影响。

煤矿采空区破损煤岩层的渗透性研究

利用矿井资源修建地下储库有助于实现“碳达峰,碳中和”战略目标,保障国家能源安全。掌握矿井储存空间内煤岩层渗透特性,是确定地下储库储存容量,保障储能系统稳定性和安全性的前提。本文以灵新煤矿矿井浓盐水地下储库工程为背景,开展现场原位压水试验,对采掘完成的矿区煤岩层渗透特性进行研究,探明了矿区遗留煤柱、采区顶、低板的渗透特性和透水能力。试验结果表明各煤层遗留煤柱的稳定流量值为1.0~6.12 L/min,15和16煤顶板稳定流量为1.76~8.82 L/min,16煤的底板稳定渗流量为1.971~8.82 L/min。在此基础上,计算了各层煤柱透水率为0.046~0.261 Lu,顶板透水率为0.07~0.162 Lu,底板透水率为0.042,其中16煤煤柱透水率最大,为0.261 Lu。煤岩层透水性较差,有利于修建地下储库工程。

综合利用抽水蓄能电站水利与动能规划方法探讨

综合利用抽水蓄能电站水利与动能规划涉及抽水发电、防洪、供水等多个因素,同时,机组设备的最大抽水扬程、最小发电水头限值、挖库等也是水能规划的重要条件。以浙江省缙云县牛路圩中型抽水蓄能电站规划选点为背景,探讨了灌溉、储能综合利用抽水蓄能水利与动能规划的典型方法,得出规划设计过程中应重点关注的问题,即最大抽水扬程与最小发电水头比值的控制,挖库方案对抽水蓄能水利动能方案的影响,以及规划选址阶段的相关调洪计算、水位设计问题,该问题可为同类型规划设计提供参考。

东平湖调蓄南水北调东线来水的可行性

为充分发挥东平湖水库综合效益,提高水库水安全保障韧性,按照“以时间换空间”的思路,提出利用东平湖富余库容调蓄南水北调东线来水的方案。结果表明:东平湖1956-2016年月平均富余调节库容1.17亿m^(3),在大汶河来水偏枯、东平湖水位较低年份利用东平湖富余库容调蓄南水北调东线来水是可行的;对比分析基准方案和2种方案实施后对湖周用水保证率、东平湖需水量、入黄水量、工程安全的影响后,得到东平湖库容调蓄的最优方案。该方案不占用大汶河水指标,同时最大增加了南水北调东线调蓄库容3.62亿m^(3),提高了调度灵活性,为南水北调东线二期供水效益提升提供了新思路。

我国气田采出水处置面临的关键挑战与对策建议

气田采出水的低成本安全高效处置已成为制约我国天然气稳产增产的主要因素,解决气田开发水处置难题对保障国家能源安全具有重要意义。基于对我国陆上四大含油气盆地中主要气田产水现状的梳理,分析了我国气田采出水处置面临的关键挑战,提出了解决气田采出水处置难题的对策建议。研究表明,分布于我国鄂尔多斯盆地、塔里木盆地、四川盆地以及柴达木盆地的气田多数面临气水同采、产水激增的状况。“双碳”战略目标下,气田采出水面临产水量逐年增加、国家层面回注管理制度与标准规范缺失、地表达标外排成本高且适用地区有限、综合资源化利用尚处起步阶段等关键挑战。需加强气藏整体治水研究,健全国家层面气田采出水回注管理与技术标准体系,推进气田采出水低成本综合资源化利用,拓展气田采出水处置新路径。我国气藏类型多样,地质地貌水文气候条件复杂多变,需因地制宜推进气田采出水的回注处置、达标外排与综合资源化利用,多措并举支撑我国“稳油增气”与“双碳”战略目标实现。

低温丙烷冷能利用研究

介绍一种低温丙烷输送过程中产生的冷能用于循环水冷却和冷库供冷的节能优化方案,该方案包括一级加热系统、二级加热系统及冷媒循环系统。低温丙烷经一级加热器将冷能传给冷媒,再通过循环水在二级加热器加热同时降低了循环水的温度,升温后的丙烷送至常温丙烷球罐储存并送至下游装置或外卖;冷媒所含冷能用于冷库制冷。通过对方案流程分析及模拟计算证实了此方案的可实施性和经济价值,展望了低温丙烷冷能的利用前景。

基于水源热泵技术的新型空调供暖系统在医疗建筑中的设计及应用

基于目前医院用热成本偏高、余热未利用的能耗现状和国家“双碳”目标,设计一种医院绿色高效的空调供暖系统,即高效储能的水源热泵供热系统,并应用于某中医院的建设中。系统内容包含余热回收热水管网汇集热量和谷电时段储能水箱储热能。该系统可高效替代目前常用的热空调系统,同时实现节能降碳和降本增效。基于峰谷电价,可实现多用谷电,少用峰电。

新型储水储能模式在引沅补资方案中的初步探索

跨流域调水需要水源工程和能量驱动,而汛期超额洪水及电力系统弃能需要寻找出路。文章以引沅补资方案为例,提出了一种新的储水储能模式,实现了调水蓄洪储能。在为调水工程找到能量来源、促进清洁能源消纳的同时,实现了洪水的资源化利用,使生态调水工程得以良性运行。方案的提出,为跨流域水资源配置和电网储能建设提供了新思路。

抽水蓄能电站土石方综合利用、弃渣场选址与措施布局

抽水蓄能电站的开挖量极大,弃渣处置难度大,因此开挖减量、开挖料的综合利用显得尤为重要。研究弃渣减量及土石方综合利用,再选择合理的弃渣场,全面梳理弃渣场选址的制约性因素,对不能直接判断是否对公共设施、基础设施、工业企业、居民点等有重大影响的弃渣场提出了溃渣数字模拟分析,并对渣场进行环保与水土保持措施设计,以减少水土流失。

消防站多功能训练馆热水系统设计及利用

本文旨在解决游泳池及淋浴系统中的难点问题,如游泳池热水及淋浴热水的热源、储热水箱的容积大小、游泳池热水控制流程、电补热加热量大小的确定等。经过热源优缺点的对比,得出游泳池应采用购买热水作为热源供应,而淋浴热水则可利用太阳能系统提供。经计算,确定储热水箱容积为100 m^(3),并且需要电补热加热量为47 kW。此外,可以将游泳池和储热水箱的废水作为消防车的补给水源使用,在确保满足需求的同时将多余的废水排入市政污水井以实现节约用水的目标。

我国煤炭开采水资源保护利用技术研究进展

水资源短缺是全球性问题,我国是全球最缺水的国家之一。煤炭资源与水资源的逆向分布使得我国煤炭开采水资源保护利用成为煤炭绿色开发的重大技术难题。我国西部已成为煤炭的主产区,但该地区生态环境脆弱,水资源蒸发量大,矿井水外排后蒸发损失是我国目前煤炭开采年损失60亿t矿井水的主要原因。系统分析了煤炭开采水资源保护利用的技术进展及工程应用特点;介绍了神华集团经过近20年的技术探索和工程实践,突破传统理念,首次提出采空区储用矿井水的技术构想,攻克了水源预测、水库选址、库容计算、坝体构筑、安全控制和水质保障等技术难题,构建了煤矿地下水库技术体系。该技术已在神东矿区全面实施,并将在西部其他矿区推广应用,为煤炭开采水资源保护利用开辟了有效的技术途径。

大柳塔煤矿地下水库建设与水资源利用技术

为解决神东矿区因高强度大规模开采引起的生态环境脆弱与水资源匮乏的问题,基于对煤矿水灾的防治和井下水资源的保护与合理利用,提出了利用煤矿井下采空区对水资源进行"转移、净化、储存和利用"的地下水库水循环利用关键技术。大柳塔煤矿利用此技术建成了我国第一个具有立体空间网络的庞大的地下水库水资源保护与循环利用工程系统,实现了水资源的高效循环利用,既解决了矿井水灾问题,又创造性地保护了井下水资源,为我国浅埋煤层绿色开采开辟了新途径。

华北地区冬小麦-夏玉米轮作节水体系周年水分利用特征

【目的】定量研究华北地区冬小麦-夏玉米轮作节水体系的水分周年利用特征。【方法】在大田条件下,通过在小麦季设不灌水(W0)、拔节水(W1)、拔节水+扬花水(W2)和起身水+孕穗水+扬花水+灌浆水(W4)4个水分处理,进行了两个周期的研究。【结果】(1)小麦产量和周年最高产量两年分别在节水灌溉处理W1和W2获得,玉米产量在不同处理间无显著差异。小麦水分利用效率(WUE)与产量的表现相似,玉米WUE显著高于小麦,并随灌水量的增加显著降低;周年WUE则在W0或W1处理最高,而后随灌水量的增加显著降低。(2)W4处理的2 m土体土壤水分含量在各个阶段没有明显变化,其它处理则随小麦生育进程而不断降低(即土壤水分库容不断变大),且灌水次数越少降幅越大,至小麦收获期达到最低点;到玉米拔节期,由于降雨补充所有处理的土壤含水量趋于一致,相应地,2 m土体接纳汛期降雨分别为178—188 mm(W0)、124—160 mm(W1)、38—93 mm(W2)和-30—21 mm(W4)。(3)随灌水量增加,作物耗水强度和季节蒸散量变大;玉米拔节期后,作物耗水特性与土壤水分变化无差异。(4)降雨致使出现水分的深层渗漏,丰水年和平水年分别为163 mm(W0、W1)、181 mm(W2)、253mm(W4)和13 mm(W0、W1、W2)、45 mm(W4),丰水年小麦季W4处理也有54 mm水分深层渗漏。丰水年W0和W1处理实现了127 mm和57 mm对地下水的净回补。【结论】小麦节水栽培显著减少了对地下水的开采,大幅提高了降雨的利用效率,可实现作物对水资源的高效利用和丰水年降雨对地下水的净回补。丰水年W1处理或平水年W2处理有利于水分高效利用与高产的统一,对于华北地区农业的可持续发展具有重要意义。

采空区储水--干旱区保水采煤新途径

我国西北干旱半干旱地区水资源总体贫乏,但煤炭储量丰富,且埋藏浅。煤炭开采覆岩土破裂常发育到地表,破坏浅表层水资源,造成潜水水位下降、地表水枯竭,生态地质环境恶化,实施水资源保护性开采(保水采煤)是西北干旱地区煤炭科学开采的唯一选择。本文叙述了"保水采煤"的历史和现状,分析了采空区储水的基本条件和机理,给出了采空区储水的水量预计方法,并以实例说明了采空区储水水量和水质效果,认为采空区储水是西北干旱区浅埋煤层大规模保水开采的最有效途径。

烧变岩富水特征与采动水量损失预计

烧变岩含水层是榆神府矿区重要的生态水源。为研究采煤引起的烧变岩水量损失和烧变岩水保护问题,分析了烧变岩的分类、分布特征、水力联系和富水特征,运用数值模拟方法预计了采动引起的烧变岩水量损失,提出了烧变岩水"异地储存"的三种途径。研究表明:烧变岩可分为三大类五小类,烧结岩、类熔岩是主要储水载体;烧变岩分布受地形控制,规模受煤厚、出露高度和自燃条件影响,富水性受补给条件、排泄条件和储水条件决定;烧变岩含水层接受上覆含水层的补给,以泉和矿井疏放水的形式进行排泄;模拟得到需要疏放的烧变岩含水层水量和钻孔布设方案。在总结以往保水采煤经验基础上,提出采用水库储水、采空区储水和地表灌溉三种"异地储存"途径来保护利用烧变岩水资源。

天山北麓蓄水构造模式与水循环特征

从控制地下水形成的地形地貌、地质构造出发,探讨了新疆天山北麓串珠式、隐伏串珠式、隆起间歇式、连续式和山间谷地式5种蓄水构造模式,提出大气降水、地表水和地下水(土壤水)相互转化一次循环、两次循环和多次循环类型,在此基础上研究水资源开发利用不同方式,为指导天山北麓水资源合理开发利用与生态环境保护提供技术依据。