今年6月發(fā)布的《2015中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)》顯示，我國(guó)大氣、水、海域環(huán)境污染令人堪憂。越來(lái)越嚴(yán)峻的環(huán)境形勢(shì)表明，我國(guó)地表環(huán)境容量已接近極限。

根據(jù)《國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略綱要》對(duì)科技工作的要求與部署，地質(zhì)工作不僅可以突破技術(shù)瓶頸開(kāi)發(fā)深海、深地等復(fù)雜條件下的油氣礦產(chǎn)資源，也可以通過(guò)開(kāi)發(fā)深地空間解決目前迫在眉睫的環(huán)境污染問(wèn)題。就目前來(lái)說(shuō)，利用深部地下空間，至少可以在下三個(gè)方面驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新發(fā)展。

打開(kāi)地下巨大環(huán)境容量空間，實(shí)現(xiàn)廢液深部地下安全處置

全球?qū)ι畈肯趟畬泳薮蟮亩趸嫉刭|(zhì)封存潛力已形成共識(shí)。如果利用深部咸水層進(jìn)行廢液處置，同樣也有巨大的潛力，而且安全性更高。

實(shí)際上，美國(guó)利用深部無(wú)利用價(jià)值咸水層處理液體廢物已有數(shù)十年的歷史。他們以保護(hù)地下淡水（飲用水）為根本目的，制定了聯(lián)邦法規(guī)對(duì)境內(nèi)所有灌注井進(jìn)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(kāi)采廢液的第三類井，以及用于二氧化碳地質(zhì)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(gè)，其中140個(gè)灌注井處置危險(xiǎn)性廢液，處置量占全美危險(xiǎn)性廢物處置總量的60%。

我國(guó)目前的危險(xiǎn)廢物處理需求巨大。2015年官方數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生量達(dá)4220萬(wàn)噸，無(wú)害化處理量?jī)H3570萬(wàn)噸。而實(shí)際上，未經(jīng)處理而直接進(jìn)入淺表環(huán)境的非法排放數(shù)量更加驚人。面對(duì)如此迫切的危險(xiǎn)廢物處置需求，如何找到一種高效、可靠、經(jīng)濟(jì)的方式來(lái)解決當(dāng)前所面臨的困境，值得地質(zhì)工作者深思。

深部地下空間蘊(yùn)藏著巨大的環(huán)境容量，要打開(kāi)這個(gè)巨大的地下環(huán)境容量空間，需要從觀念、法規(guī)、技術(shù)、運(yùn)營(yíng)等方面進(jìn)行系統(tǒng)性地創(chuàng)新與革命。要讓公眾認(rèn)識(shí)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(shù)與監(jiān)測(cè)手段完全可以使有害廢物長(zhǎng)期安全地存儲(chǔ)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(zhì)、環(huán)境地質(zhì)調(diào)查工作，全面普查掌握目前沒(méi)有安全保障的地下灌注亂排情況，評(píng)估非法亂排行為對(duì)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(duì)現(xiàn)有灌注井進(jìn)行嚴(yán)格管理，對(duì)新建灌注井實(shí)行審批制度；發(fā)揮深地科技優(yōu)勢(shì)，對(duì)全國(guó)重要經(jīng)濟(jì)區(qū)深部咸水層廢液灌注處置的潛力進(jìn)行評(píng)估，提出灌注場(chǎng)地選擇建議，建立選址、運(yùn)行、監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)性技術(shù)方法體系；同時(shí)，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(diǎn)。

嘗試建設(shè)以超臨界二氧化碳為介質(zhì)的增強(qiáng)性地?zé)嵯到y(tǒng)

足夠的熱、流體以及儲(chǔ)層滲透性是形成天然水熱型地?zé)豳Y源缺一不可的三個(gè)條件。而實(shí)際上，從目前獲得的知識(shí)看，同時(shí)滿足這三個(gè)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?zé)豳Y源——干熱巖在地球上卻是無(wú)處不在的。

目前具有開(kāi)采經(jīng)濟(jì)價(jià)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(zhuǎn)變成水熱系統(tǒng)，就叫做增強(qiáng)性地?zé)嵯到y(tǒng)（ EGS）。利用EGS發(fā)電，除冷卻時(shí)產(chǎn)生的水蒸氣外，不會(huì)產(chǎn)生其他溫室氣體，因此被認(rèn)為是未來(lái)一種重要的環(huán)境友好型能源開(kāi)發(fā)方式。

據(jù)初步測(cè)算，我國(guó)3 ~ 10千米的干熱巖資源合856萬(wàn)億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，相當(dāng)于我國(guó)當(dāng)前年均能源消耗量的26萬(wàn)倍。國(guó)際上，EGS開(kāi)發(fā)利用研究已有40多年的歷史，在美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、瑞士、日本、澳大利亞、冰島均開(kāi)展過(guò)一些示范項(xiàng)目。根據(jù)這些項(xiàng)目的運(yùn)行情況，以水為介質(zhì)的EGS目前也遇到一些技術(shù)瓶頸，阻礙了其商業(yè)化應(yīng)用的進(jìn)程。為了解決上述問(wèn)題，Brown (2000) 根據(jù)Fenton Hill項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，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(zhì)，以其為工作介質(zhì)的EGS系統(tǒng)，不論是在對(duì)環(huán)境的影響方面，還是在運(yùn)行方面，都將大大優(yōu)于目前以水為工作介質(zhì)的EGS系統(tǒng)。

從2000年以超臨界二氧化碳為介質(zhì)的EGS系統(tǒng)概念的提出至今，僅有一些理論上的研究來(lái)表明其實(shí)施的可行性，尚無(wú)實(shí)際項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在此形勢(shì)下，我們可以結(jié)合我國(guó)干熱巖開(kāi)發(fā)研究項(xiàng)目的實(shí)施，同時(shí)考慮減排與EGS工程運(yùn)行，選擇一些重要地區(qū)評(píng)估利用超臨界二氧化碳為工作液體的EGS系統(tǒng)在我國(guó)的可行性，并通過(guò)一兩個(gè)示范項(xiàng)目切實(shí)解決其中的關(guān)鍵技術(shù)難題，這些都可以成為水工環(huán)地質(zhì)工作的創(chuàng)新點(diǎn)。

嘗試進(jìn)行含水層壓縮空氣儲(chǔ)能潛力評(píng)價(jià)與示范

目前，世界上的儲(chǔ)能技術(shù)主要有物理儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能和電磁儲(chǔ)能三大類。其中，物理儲(chǔ)能作為一種相對(duì)成熟的儲(chǔ)能方式，實(shí)際應(yīng)用較早，其中最常見(jiàn)的兩種方式是抽水蓄能和壓縮空氣儲(chǔ)能（CAES）。壓縮空氣儲(chǔ)能是基于燃?xì)廨啓C(jī)的儲(chǔ)能技術(shù)，其原理是將燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)和渦輪機(jī)分開(kāi)，在儲(chǔ)能時(shí)，用電能驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)將空氣壓縮并存于儲(chǔ)氣容器內(nèi)，在釋放能量時(shí)，高壓空氣從儲(chǔ)氣室釋放，進(jìn)入燃燒室助燃，燃?xì)馀蛎涷?qū)動(dòng)渦輪做功發(fā)電。

經(jīng)驗(yàn)表明，同抽水蓄能電廠相比，CAES電廠有以下幾方面的優(yōu)勢(shì)：投資少、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低、占地面積小、環(huán)境影響小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)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(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益，遠(yuǎn)低于抽水蓄能電廠需1000兆瓦的規(guī)模才能實(shí)現(xiàn)效益。而且，壓縮空氣儲(chǔ)能的能源轉(zhuǎn)化效率更高，一般在75%左右，若采用一些先進(jìn)的技術(shù)，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(kāi)采之后形成的礦洞（鹽穴）作為儲(chǔ)氣庫(kù)，然而具備這種特殊地質(zhì)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(yuǎn)離負(fù)荷中心，所以利用天然洞穴的CAES在應(yīng)用上受到了限制。

相比國(guó)外，壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)在我國(guó)起步很晚。將壓縮空氣儲(chǔ)能分為地面與地下兩個(gè)部分，我國(guó)在地面設(shè)備部分的研究已經(jīng)具有相當(dāng)?shù)膶?shí)力，而地下部分則還幾乎處于空白。

關(guān)于地面部分的研究，2009年中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所在國(guó)際上首次提出并開(kāi)始研發(fā)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)。2011年初，該所開(kāi)始建設(shè)國(guó)內(nèi)第一個(gè)兆瓦級(jí)（1.5MWe）示范裝置并于2014年完成。該項(xiàng)目首次提出了基于超臨界過(guò)程的先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能原理，并形成了系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，在超寬負(fù)荷壓縮機(jī)、多級(jí)高負(fù)荷膨脹機(jī)、高效蓄熱（冷）換熱器、系統(tǒng)集成與控制等關(guān)鍵技術(shù)方面取得了突破，解決了我國(guó)壓縮空氣儲(chǔ)能地面設(shè)備的技術(shù)難題。

關(guān)于地下部分，我國(guó)當(dāng)前的研究尚屬于空白。面對(duì)當(dāng)前國(guó)家對(duì)科技創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展的需求，水工環(huán)地質(zhì)工作應(yīng)利用我國(guó)水文地質(zhì)調(diào)查工作的豐碩成果，開(kāi)展關(guān)鍵問(wèn)題和技術(shù)的研究，盡快完成我國(guó)含水層壓縮空氣儲(chǔ)能的可行性評(píng)估，并通過(guò)幾個(gè)示范項(xiàng)目，探索產(chǎn)業(yè)化規(guī)模發(fā)展模式。這些研究可著重調(diào)查我國(guó)重要經(jīng)濟(jì)區(qū)適宜的含水層組，對(duì)壓縮氣體儲(chǔ)能儲(chǔ)層的適宜性、蓋層的封閉性能、評(píng)估儲(chǔ)能效率，并通過(guò)與其他部門(mén)或行業(yè)的合作建設(shè)示范工程，對(duì)注入井的設(shè)計(jì)及其對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能的影響、儲(chǔ)層內(nèi)流體力學(xué)和熱力學(xué)行為等進(jìn)行全面分析與研究，為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供寶貴的技術(shù)資料。

（作者系中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心副主任）