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實驗室技術(shù)人員開展巖土熱響應(yīng)測試培訓(xùn)。自然資源部淺層地?zé)崮苤攸c實驗室 供圖
近年來，全球氣候變化正廣泛而深刻地影響著人類社會的方方面面。作為新型能源的地?zé)豳Y源，由于具有儲量大、分布廣、可持續(xù)利用和清潔環(huán)保等優(yōu)點，越來越受到人們關(guān)注。大力推進地?zé)豳Y源，特別是占供暖制冷主要份額的淺層地?zé)崮苜Y源開發(fā)利用，改善能源結(jié)構(gòu)，對于減緩全球環(huán)境變化具有重要的意義。
自然資源部淺層地?zé)崮苤攸c實驗室（以下簡稱實驗室）前身為原北京市地勘局淺層地?zé)崮軐嶒灮?，始建?009年；2014年至2018年依托北京市財政資助的“北京市淺層地?zé)崮芸沙掷m(xù)利用研究及示范工程建設(shè)”項目，完成初步建設(shè)；2021年7月，獲批自然資源部重點實驗室，成為我國淺層地?zé)崮茴I(lǐng)域首個省部級重點實驗室。近年來，實驗室面向國家新能源與可再生能源發(fā)展、科技創(chuàng)新發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)和重大需求，開展了大量戰(zhàn)略性、前沿性的淺層地?zé)崮軕?yīng)用基礎(chǔ)研究，并推動一系列關(guān)鍵技術(shù)獲得突破，為我國淺層地?zé)崮艿母咝А⒖沙掷m(xù)、大規(guī)模開發(fā)利用提供了科技支撐。
埋在地下的環(huán)保能源
地?zé)崾侵竷Υ嬗诘厍騼?nèi)部的熱量，是一種清潔、可再生的新能源。地?zé)崮芡ǔ７譃闇\層地?zé)崮?、水熱型地?zé)崮堋⒏蔁釒r型地?zé)崮堋?/p>
其中，淺層地?zé)崮苤柑N藏于地表以下一定深度范圍內(nèi)（一般為200米）巖土體、地下水和地表水中具有開發(fā)利用價值的熱能，其溫度小于25攝氏度，是近20年來被快速開發(fā)利用的清潔環(huán)保型新能源。
“淺層地?zé)崮茏鳛榈蜏刭Y源，借助地源熱泵技術(shù)可廣泛用于建筑空調(diào)的取暖制冷等方面?！北本┦械刭|(zhì)礦產(chǎn)勘查院副總工程師、實驗室學(xué)術(shù)委員會副主任李寧波介紹，淺層地?zé)崮艿奶攸c是穩(wěn)定而持續(xù)，是一種溫差勢能，其溫度一年四季相對穩(wěn)定，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和冷源，也是理想的“綠色環(huán)保能源”。
我國地?zé)豳Y源豐富，市場潛力巨大，產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊。開發(fā)利用地?zé)崮懿粌H對調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、節(jié)能減排、改善環(huán)境具有重要意義，而且對培育新興產(chǎn)業(yè)、促進新型城鎮(zhèn)化建設(shè)、增加就業(yè)均具有顯著的拉動效應(yīng)。
近十年來，我國淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用取得較快發(fā)展，淺層地?zé)崮芾昧磕壳拔痪邮澜绲谝??！吨袊責(zé)崮馨l(fā)展報告（2018）》顯示，我國336個主要城市淺層地?zé)崮苣昕刹少Y源量折合7億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，可實現(xiàn)供暖（制冷）建筑面積320億平方米，其中黃淮海平原和長江中下游平原地區(qū)最適宜淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用。
“建設(shè)淺層地?zé)崮苤攸c實驗室是研究制約淺層地?zé)崮芤?guī)?；_發(fā)利用關(guān)鍵科學(xué)問題的現(xiàn)實需要。”李寧波表示。
“在北京建設(shè)淺層地?zé)崮苤攸c實驗室，是自然資源部和北京市政府貫徹落實習(xí)近平生態(tài)文明思想，助力‘雙碳’目標(biāo)實現(xiàn)，加快推進建設(shè)國際科技創(chuàng)新中心的聯(lián)合舉措?！崩顚幉ㄕf，實驗室建設(shè)的目的是聚焦淺層地?zé)崮軕?yīng)用基礎(chǔ)研究，不斷提升實驗室科學(xué)研究、實驗?zāi)M、測試等功能，建成國內(nèi)一流、國際領(lǐng)先的淺層地?zé)崮芸萍紕?chuàng)新平臺，并作為淺層地?zé)崮鼙O(jiān)測評價系統(tǒng)、淺層地?zé)崮芙虒W(xué)實驗基地和科普基地為政府和社會提供服務(wù)。
研究成果廣泛應(yīng)用
“實驗室成功獲批自然資源部重點實驗室，對于提高全國淺層地?zé)崮苄袠I(yè)科技創(chuàng)新能力，建設(shè)首都‘科技創(chuàng)新中心’有著重大意義。這也是部市共建工作的重要成果?！崩顚幉ū硎荆瑢嶒炇易鳛槲覈鴾\層地?zé)崮芾碚撗芯亢烷_發(fā)利用的領(lǐng)跑者，具有很強的創(chuàng)新能力和良好的工作基礎(chǔ)。近年來，北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院依托自然資源部（原國土資源部）、中國地質(zhì)調(diào)查局和北京市財政資助的多個公益性項目，牽頭開展了淺層地?zé)崮苜Y源開發(fā)利用及實驗室建設(shè)等相關(guān)工作，為自然資源部重點實驗室的后期申報和建設(shè)奠定了扎實的基礎(chǔ)。
說起實驗室團隊近年來的成果，李寧波如數(shù)家珍：創(chuàng)立了淺層地?zé)崮艿刭|(zhì)學(xué)理論體系和勘查評價體系，首次開展了區(qū)域淺層地?zé)崮苜Y源量計算方法研究，確定了評價計算資源量所需的參數(shù)及其測試方法和技術(shù)要求，為我國淺層地?zé)崮苜Y源勘查評價工作提供了方法體系方面的有力支撐……針對淺層地?zé)崮馨踩咝Р杉透咝мD(zhuǎn)化技術(shù)、資源可持續(xù)利用的經(jīng)濟環(huán)境安全性等關(guān)鍵技術(shù)問題，實驗室團隊組織了系列的科技攻關(guān)并取得重大突破。例如：首次基于區(qū)域新構(gòu)造、地形地貌、氣候條件、地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件，采用關(guān)鍵因子法，對全國淺層地?zé)崮苜Y源進行了區(qū)劃；首次采用層次分析法對北京市平原區(qū)淺層地?zé)崮苓M行了適宜性分區(qū)，編制了北京市淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用規(guī)劃；建成了國內(nèi)首個淺層地?zé)崮芫C合效能實驗平臺，實現(xiàn)了室外地埋管換熱影響因素實驗、室內(nèi)空調(diào)末端選擇對比實驗和地下巖土體地溫場變化監(jiān)測實驗三大功能；在淺層地?zé)崮芨咝ч_發(fā)及應(yīng)用技術(shù)研究方面，提出了地源熱泵系統(tǒng)評價體系，搭建了國內(nèi)領(lǐng)先的地源熱泵仿真模擬實驗系統(tǒng)，開展了三維熱—滲耦合數(shù)值模擬研究；研發(fā)了再生水熱能利用能量—經(jīng)濟—環(huán)境評價模型及評價軟件，提出了再生水熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用模式和再生水熱能取用距離的評價方法，開展了污水源熱能二次利用技術(shù)、熱管蓄能、自然蓄冰等技術(shù)研究。
在國家大力推行“互聯(lián)網(wǎng)+”的新形勢和北京智慧城市建設(shè)的新要求下，實驗室以淺層地?zé)崮艹梢驒C理和賦存特點的研究為基礎(chǔ)，結(jié)合北京市淺層地?zé)崮芾矛F(xiàn)狀，建立了北京市淺層地?zé)崮芾脛討B(tài)監(jiān)測網(wǎng)，全部實現(xiàn)遠程監(jiān)控，極大地提高了監(jiān)測精度及時效性，達到國內(nèi)淺層地?zé)崮鼙O(jiān)測最高水平。重點針對淺部地層原始地溫、淺層地?zé)崮芾脜^(qū)域地溫場、水位、水質(zhì)的動態(tài)變化，以及淺層地?zé)崮芾庙椖康膽?yīng)用效果等進行監(jiān)測，獲取淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用過程中對地質(zhì)環(huán)境的影響程度和規(guī)律，建立了淺層地?zé)崮芾脛討B(tài)監(jiān)測信息平臺，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動采集和遠程監(jiān)控，為合理、安全、高效開發(fā)利用淺層地?zé)崮芴峁┍Ｕ稀?/p>
此外，結(jié)合多年研究成果和工作經(jīng)驗，實驗室團隊編制了《淺層地?zé)崮芸辈樵u價規(guī)范》《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》《地埋管地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》《再生水熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》和《省級淺層地溫能調(diào)查評價工作方案編寫要求》等十余項國家、行業(yè)、地方相關(guān)規(guī)范和技術(shù)要求，建立了我國淺層地?zé)崮芸辈殚_發(fā)標(biāo)準(zhǔn)體系，為全國開展淺層地?zé)崮苜Y源調(diào)查評價工作開展和行業(yè)的規(guī)范化發(fā)展提供了重要支撐。實驗室還研發(fā)了國內(nèi)領(lǐng)先的巖土熱響應(yīng)測試儀及相關(guān)的監(jiān)測軟件，申請專利20余項。
科研服務(wù)社會。據(jù)李寧波介紹，實驗室研究成果已廣泛應(yīng)用于北京城市副中心、北京世園會、北京大興機場、北京奧運村、北京用友軟件園、上海世博軸等重大工程項目，取得了良好的經(jīng)濟社會效益，有力推動了我國淺層地?zé)崮苁聵I(yè)的發(fā)展。
聚焦三大研究方向
目前，實驗室由北京市規(guī)劃和自然資源委員會負(fù)責(zé)管理，以北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院為依托單位，與中國地質(zhì)大學(xué)（北京）、中國地質(zhì)科學(xué)院、北京市華清地?zé)衢_發(fā)集團有限公司共同建設(shè)，形成地質(zhì)、水文地質(zhì)、暖通、自控等多學(xué)科交叉、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的研究優(yōu)勢，為淺層地?zé)崮苜Y源勘查、規(guī)劃開發(fā)及利用管理等提供技術(shù)支撐。
李寧波介紹，針對淺層地?zé)崮艹梢蚶碚摗①Y源勘查評價和開發(fā)利用技術(shù)有關(guān)的科學(xué)問題，實驗室確立了三個研究方向：
一是淺層地?zé)崮艿刭|(zhì)學(xué)理論及方法。研究方向包含淺層地?zé)崮艹梢驒C理和勘探評價方法體系研究。主要通過搭建淺層地?zé)崮艹梢驒C理實驗平臺與數(shù)值模擬計算平臺，以動態(tài)化方法分析淺層地?zé)崮艿某梢驒C理、傳熱過程。
二是淺層地?zé)崮芨咝мD(zhuǎn)化及應(yīng)用。研究方向包含巖土熱物性分析和換熱試驗研究、地埋管及地下水換熱系統(tǒng)研究、淺層地?zé)崮芾孟到y(tǒng)測評方法研究和淺層地?zé)崮芾孟到y(tǒng)仿真和優(yōu)化設(shè)計研究。
三是淺層地?zé)崮芾玫刭|(zhì)環(huán)境影響。重點研究淺層地?zé)崮荛_發(fā)對地下環(huán)境影響規(guī)律和監(jiān)測技術(shù)方法。
在人才建設(shè)方面，實驗室組建了多個創(chuàng)新團隊，其中碩博研究生占比68%，40歲以下青年研究人員占比53%，已納入省部級以上創(chuàng)新團隊1個，省部級以上領(lǐng)軍人才2人，省部級以上青年人才4人。
“接下來，實驗室將進一步加大人才培養(yǎng)力度，重點培養(yǎng)優(yōu)秀中青年人才及后備學(xué)科技術(shù)帶頭人，重點加強基礎(chǔ)研究和綜合實驗?zāi)芰ㄔO(shè)，持續(xù)開展科學(xué)研究。同時，加強與國內(nèi)外著名研究機構(gòu)的交流與合作，吸收更多的高層次人才參與實驗室的科技創(chuàng)新?！崩顚幉ㄕf。
實驗室技術(shù)人員進行技術(shù)攻關(guān)。自然資源部淺層地?zé)崮苤攸c實驗室 供圖
來源：中國自然資源報
責(zé)任編輯：李沛真
