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今年6月發(fā)布的《2015中國環(huán)境狀況公報》顯示，我國大氣、水、海域環(huán)境污染令人堪憂。越來越嚴峻的環(huán)境形勢表明，我國地表環(huán)境容量已接近極限。

根據(jù)《國家創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略綱要》對科技工作的要求與部署，地質工作不僅可以突破技術瓶頸開發(fā)深海、深地等復雜條件下的油氣礦產(chǎn)資源，也可以通過開發(fā)深地空間解決目前迫在眉睫的環(huán)境污染問題。就目前來說，利用深部地下空間，至少可以在下三個方面驅動創(chuàng)新發(fā)展。

打開地下巨大環(huán)境容量空間，實現(xiàn)廢液深部地下安全處置

全球對深部咸水層巨大的二氧化碳地質封存潛力已形成共識。如果利用深部咸水層進行廢液處置，同樣也有巨大的潛力，而且安全性更高。

實際上，美國利用深部無利用價值咸水層處理液體廢物已有數(shù)十年的歷史。他們以保護地下淡水（飲用水）為根本目的，制定了聯(lián)邦法規(guī)對境內(nèi)所有灌注井進行分類管理。若以注入井的注入深度區(qū)分，除已被廢止的第四類井外，僅第五類井的灌注位置在地下飲用含水層之上，其余灌注井，包括處理工業(yè)廢液及市政污水的第一類井、處理油氣生產(chǎn)廢液的第二類井、處理巖鹽及鈾礦開采廢液的第三類井，以及用于二氧化碳地質封存的第六類井，其灌注深度為地下1500～3000米的不可利用的咸水含水層，通常與埋藏最深的地下淡水（飲用水）含水層相隔上千米。截至2013年，全美共有第一類廢物灌注井812個，其中140個灌注井處置危險性廢液，處置量占全美危險性廢物處置總量的60%。

我國目前的危險廢物處理需求巨大。2015年官方數(shù)據(jù)顯示，中國危險廢物產(chǎn)生量達4220萬噸，無害化處理量僅3570萬噸。而實際上，未經(jīng)處理而直接進入淺表環(huán)境的非法排放數(shù)量更加驚人。面對如此迫切的危險廢物處置需求，如何找到一種高效、可靠、經(jīng)濟的方式來解決當前所面臨的困境，值得地質工作者深思。

深部地下空間蘊藏著巨大的環(huán)境容量，要打開這個巨大的地下環(huán)境容量空間，需要從觀念、法規(guī)、技術、運營等方面進行系統(tǒng)性地創(chuàng)新與革命。要讓公眾認識到深部地下空間不僅有豐富的礦產(chǎn)資源，也有可與地表環(huán)境隔絕的巨大納污空間，利用合適的技術與監(jiān)測手段完全可以使有害廢物長期安全地存儲在這樣的空間中，而不影響地表環(huán)境。

這需要借助新一輪水文地質、環(huán)境地質調查工作，全面普查掌握目前沒有安全保障的地下灌注亂排情況，評估非法亂排行為對飲用含水層、地表水、土壤的影響；建立完善的灌注井分類管理制度，對現(xiàn)有灌注井進行嚴格管理，對新建灌注井實行審批制度；發(fā)揮深地科技優(yōu)勢，對全國重要經(jīng)濟區(qū)深部咸水層廢液灌注處置的潛力進行評估，提出灌注場地選擇建議，建立選址、運行、監(jiān)測的系統(tǒng)性技術方法體系；同時，多方面尋求資金，建立集中式廢液深部地下灌注安全處置示范或試點。

嘗試建設以超臨界二氧化碳為介質的增強性地熱系統(tǒng)

足夠的熱、流體以及儲層滲透性是形成天然水熱型地熱資源缺一不可的三個條件。而實際上，從目前獲得的知識看，同時滿足這三個條件并非易事，因而天然水熱系統(tǒng)的分布是有限的。然而，另一種地熱資源——干熱巖在地球上卻是無處不在的。

目前具有開采經(jīng)濟價值的干熱巖深度位于地下3 ~ 10千米，采用人工方法將這些干熱巖體轉變成水熱系統(tǒng)，就叫做增強性地熱系統(tǒng)（ EGS）。利用EGS發(fā)電，除冷卻時產(chǎn)生的水蒸氣外，不會產(chǎn)生其他溫室氣體，因此被認為是未來一種重要的環(huán)境友好型能源開發(fā)方式。

據(jù)初步測算，我國3 ~ 10千米的干熱巖資源合856萬億噸標準煤，相當于我國當前年均能源消耗量的26萬倍。國際上，EGS開發(fā)利用研究已有40多年的歷史，在美國、英國、法國、德國、瑞士、日本、澳大利亞、冰島均開展過一些示范項目。根據(jù)這些項目的運行情況，以水為介質的EGS目前也遇到一些技術瓶頸，阻礙了其商業(yè)化應用的進程。為了解決上述問題，Brown (2000) 根據(jù)Fenton Hill項目的經(jīng)驗，提出了全新的基于超臨界二氧化碳的EGS系統(tǒng)概念。由于超臨界二氧化碳的特殊物理性質，以其為工作介質的EGS系統(tǒng)，不論是在對環(huán)境的影響方面，還是在運行方面，都將大大優(yōu)于目前以水為工作介質的EGS系統(tǒng)。

從2000年以超臨界二氧化碳為介質的EGS系統(tǒng)概念的提出至今，僅有一些理論上的研究來表明其實施的可行性，尚無實際項目進行實驗。在此形勢下，我們可以結合我國干熱巖開發(fā)研究項目的實施，同時考慮減排與EGS工程運行，選擇一些重要地區(qū)評估利用超臨界二氧化碳為工作液體的EGS系統(tǒng)在我國的可行性，并通過一兩個示范項目切實解決其中的關鍵技術難題，這些都可以成為水工環(huán)地質工作的創(chuàng)新點。

嘗試進行含水層壓縮空氣儲能潛力評價與示范

目前，世界上的儲能技術主要有物理儲能、化學儲能和電磁儲能三大類。其中，物理儲能作為一種相對成熟的儲能方式，實際應用較早，其中最常見的兩種方式是抽水蓄能和壓縮空氣儲能（CAES）。壓縮空氣儲能是基于燃氣輪機的儲能技術，其原理是將燃氣輪機的壓縮機和渦輪機分開，在儲能時，用電能驅動壓縮機將空氣壓縮并存于儲氣容器內(nèi)，在釋放能量時，高壓空氣從儲氣室釋放，進入燃燒室助燃，燃氣膨脹驅動渦輪做功發(fā)電。

經(jīng)驗表明，同抽水蓄能電廠相比，CAES電廠有以下幾方面的優(yōu)勢：投資少、運行維護費用低、占地面積小、環(huán)境影響小、動態(tài)響應快、運行方式靈活、能效高等。CAES只需建成100～300兆瓦的規(guī)模便可實現(xiàn)經(jīng)濟效益，遠低于抽水蓄能電廠需1000兆瓦的規(guī)模才能實現(xiàn)效益。而且，壓縮空氣儲能的能源轉化效率更高，一般在75%左右，若采用一些先進的技術，能效可提升至80%。

目前，世界上已建成的兩座CAES廠是利用鹽礦開采之后形成的礦洞（鹽穴）作為儲氣庫，然而具備這種特殊地質條件的地方并不是處處都有，而有這種空腔的地方又常常遠離負荷中心，所以利用天然洞穴的CAES在應用上受到了限制。

相比國外，壓縮空氣儲能技術在我國起步很晚。將壓縮空氣儲能分為地面與地下兩個部分，我國在地面設備部分的研究已經(jīng)具有相當?shù)膶嵙?，而地下部分則還幾乎處于空白。

關于地面部分的研究，2009年中國科學院工程熱物理研究所在國際上首次提出并開始研發(fā)具有完全自主知識產(chǎn)權的超臨界壓縮空氣儲能系統(tǒng)。2011年初，該所開始建設國內(nèi)第一個兆瓦級（1.5MWe）示范裝置并于2014年完成。該項目首次提出了基于超臨界過程的先進壓縮空氣儲能原理，并形成了系統(tǒng)設計方案，在超寬負荷壓縮機、多級高負荷膨脹機、高效蓄熱（冷）換熱器、系統(tǒng)集成與控制等關鍵技術方面取得了突破，解決了我國壓縮空氣儲能地面設備的技術難題。

關于地下部分，我國當前的研究尚屬于空白。面對當前國家對科技創(chuàng)新驅動發(fā)展的需求，水工環(huán)地質工作應利用我國水文地質調查工作的豐碩成果，開展關鍵問題和技術的研究，盡快完成我國含水層壓縮空氣儲能的可行性評估，并通過幾個示范項目，探索產(chǎn)業(yè)化規(guī)模發(fā)展模式。這些研究可著重調查我國重要經(jīng)濟區(qū)適宜的含水層組，對壓縮氣體儲能儲層的適宜性、蓋層的封閉性能、評估儲能效率，并通過與其他部門或行業(yè)的合作建設示范工程，對注入井的設計及其對壓縮空氣儲能的影響、儲層內(nèi)流體力學和熱力學行為等進行全面分析與研究，為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供寶貴的技術資料。

（作者系中國地質調查局南京地質調查中心副主任）