11月7日，分布式煤田火區(qū)熱能提取發(fā)電技術(shù)在新疆大泉湖火區(qū)發(fā)電成功，這項(xiàng)先導(dǎo)性試驗(yàn)的成功，標(biāo)志著煤田火區(qū)高品質(zhì)廢棄熱能可得以有效回收利用。
2015年4月初，烏魯木齊大泉湖煤田火區(qū)地表發(fā)生一處高溫塌陷，形成一個(gè)直徑約1米的明火塌陷坑。業(yè)內(nèi)專家告訴記者，地下煤火是煤礦層由于人為因素或自燃形成的煤田火和礦井火的統(tǒng)稱，而我國(guó)是受地下煤火威脅最大的國(guó)家。烏魯木齊大泉湖火區(qū)內(nèi)煤層接近直立，屬于急傾斜煤層，而且煤層厚度較大，又因?yàn)榛饏^(qū)下部歷代小煤窯開(kāi)采形成的采空區(qū)分布廣、距地表較近，這種煤層燃燒后很容易形成高溫塌陷。由于塌陷發(fā)生時(shí)非常迅速，人員往往來(lái)不及躲避，因此，火區(qū)的存在和發(fā)展對(duì)當(dāng)?shù)鼐用裨斐删薮蟮陌踩[患。
美國(guó)、澳大利亞、印度、印尼等國(guó)煤田火區(qū)也普遍存在，大量煤炭資源因此受損。有數(shù)據(jù)表明，當(dāng)前世界煤炭消費(fèi)量80億噸/年，由煤田火區(qū)造成的損失就達(dá)10億噸/年。煤火產(chǎn)生的能量約為1000吉瓦/年，超過(guò)世界核電總?cè)萘?00吉瓦/年;每年因此產(chǎn)生的CO2占世界CO2排放量的10%，不僅破壞生態(tài)環(huán)境，且煤火形成的塌陷與燒空區(qū)，更嚴(yán)重影響原煤的安全開(kāi)采。
此外，煤火嚴(yán)重危及人類健康，造成呼吸系統(tǒng)疾病、皮膚癌、心臟病等一系列相關(guān)疾病，并向空氣中釋放的有害化學(xué)物質(zhì)長(zhǎng)期積聚，如汞、硒等重金屬和硫化物、PM2.5，污染空氣、土地和水源。
值得注意的是，隨著煤田火區(qū)的動(dòng)態(tài)發(fā)展，部分地區(qū)的煤田火區(qū)規(guī)模和范圍還在擴(kuò)大，燃燒面積和規(guī)模仍在增加。
烏魯木齊大泉湖火區(qū)經(jīng)過(guò)幾十年的燃燒已損失了大量煤炭資源。根據(jù)《烏魯木齊大泉湖火區(qū)詳細(xì)勘查》報(bào)告，烏魯木齊大泉湖火區(qū)年損失煤炭資源儲(chǔ)量為21.7萬(wàn)噸，受威脅的煤炭資源儲(chǔ)量達(dá)1128萬(wàn)噸。
“地下煤火防治形勢(shì)非常嚴(yán)峻。”中國(guó)礦業(yè)大學(xué)安全學(xué)院院長(zhǎng)周福寶教授指出，“地下煤火防治亟需加強(qiáng)持續(xù)投入與布局，尤其需加強(qiáng)國(guó)際間科技合作，實(shí)現(xiàn)地下煤火的高效防治與熱能資源的有效利用。”
周福寶同時(shí)指出，地下煤火蘊(yùn)藏著巨大的熱能。如果將地下煤火的廢熱、氣進(jìn)行資源化利用，進(jìn)行發(fā)電、采暖等，可實(shí)現(xiàn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境三重效益的顯著提升。
業(yè)內(nèi)人士告訴記者，國(guó)內(nèi)外對(duì)煤田火區(qū)還停留在治理層面上，回收利用廢棄能源工作開(kāi)展較少，沒(méi)有配套的防治系統(tǒng)和手段，而且火區(qū)異常高溫區(qū)域分布各處。另外，對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)，用電問(wèn)題是當(dāng)?shù)鼐用窈突饏^(qū)工程隊(duì)的主要難題。將煤田火區(qū)廢棄熱能轉(zhuǎn)化為電能，意義重大。
分布式煤田火區(qū)熱能提取發(fā)電技術(shù)由周福寶帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)首次提出，實(shí)驗(yàn)通過(guò)提取煤田火區(qū)地?zé)?利用熱電材料的Seebeck效應(yīng)將熱能直接轉(zhuǎn)換為清潔電能，熱電轉(zhuǎn)換過(guò)程無(wú)污染、無(wú)噪音、安全可靠。
記者進(jìn)一步了解到，該技術(shù)利用現(xiàn)有煤田火區(qū)灌漿的鉆孔預(yù)先安置導(dǎo)熱管路，通過(guò)熱媒的熱對(duì)流提取火區(qū)熱量，節(jié)省了工程施工成本，并間接地帶走火區(qū)熱量，降低火區(qū)溫度，加快火區(qū)治理，也節(jié)省了滅火材料用量，降低了火區(qū)治理成本。同時(shí)，采用溫差發(fā)電技術(shù)對(duì)提取的熱能進(jìn)行發(fā)電，實(shí)現(xiàn)了廢棄熱能的回收利用，解決了偏遠(yuǎn)地區(qū)的居民及施工用電問(wèn)題。“分布式溫差發(fā)電系統(tǒng)工藝簡(jiǎn)單，具有可移動(dòng)性、便于操作和維護(hù)，使用分布式廢棄熱資源的提取。而且我們采用了可調(diào)節(jié)的微型循環(huán)泵，通過(guò)分別調(diào)節(jié)熱媒和冷卻水的流量，大大提高了發(fā)電效率。”該團(tuán)隊(duì)的蘇賀濤博士說(shuō)。
專家表示，此次對(duì)煤田火區(qū)熱能提取發(fā)電先導(dǎo)性試驗(yàn)的成功，對(duì)城市建設(shè)及火區(qū)治理方法的革新具有重要意義。該技術(shù)回收利用原本浪費(fèi)了的熱能源，所產(chǎn)生的電不僅能用于距離火區(qū)較近城市的供電，還可滿足荒灘、戈壁等用電較為緊張的偏遠(yuǎn)火區(qū)，滅火工程現(xiàn)場(chǎng)用電的自備自用。
此外，《煤田火災(zāi)滅火規(guī)范》第42條煤田火區(qū)熄滅標(biāo)準(zhǔn)(二)指出：“各觀測(cè)孔內(nèi)氣體溫度呈持續(xù)下降趨勢(shì)，全孔最高溫度小于100℃，且90%以上觀測(cè)孔最高溫度穩(wěn)定在70℃以下。”即煤田火區(qū)經(jīng)治理后依然保存大量的熱量，而發(fā)電裝置可對(duì)治理區(qū)域遺留的熱能資源進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用。
