利用煤矿生产清洁能源

今年夏天早些时候，英国仅存的煤矿之一——达勒姆的布拉德利煤矿——为该地区200多年的生产画上了句号。

如今，德比郡(Derbyshire)的哈丁顿(Hartington)煤矿仅存，这个推动了工业革命、塑造了英国城市景观的行业，距离成为我们工业历史上的一个注脚仅一步之遥。

但是，尽管煤炭开采已基本结束，但随着一系列旨在利用城镇地下迷宫般的隧道、竖井和道路的绿色倡议势头日益强劲，煤矿本身可能仍将在英国的能源结构中发挥重要作用。

由于英国的许多煤矿在几十年前就被废弃了，而这一历史性活动的大多数迹象都深藏在地下，人们很容易忘记英国煤炭工业的规模。但令人惊讶的是，英国多达四分之一的人口(约占国土面积的14%)位于煤田上方。事实上，这些人口中心的存在完全要归功于煤炭和它所创造的工业。

多年来，英国过去的工业遗产一直被视为一种负担。保证矿井的安全，管理其影响，处理水泵关闭后流入矿井的数十亿升水，每年要花费纳税人大约24亿英镑。

但近年来，研究人员、工程师和科学家已经开始质疑，我们过去污染的遗产，特别是被地质作用加热到高达40˚C的大量矿井水，是否真的有助于推动英国向零碳经济的转变。

负责煤矿管理的英国煤炭管理局(Coal Authority)创新部门负责人杰里米•克鲁克斯(Jeremy Crooks)是一位特别积极倡导煤矿绿色改造的人。

“矿井一直是一种负担，但我们现在用一种完全不同的方式来看待它们，”克鲁克斯告诉工程师。“当你看到这些矿山周围的机遇时，它不再是一种负债:它是对英国具有战略重要性的资产。”

事实上，煤炭管理局现在有大约30个不同的项目，旨在利用每年约220万吉瓦时的零碳地热能。

当你看到这些矿产所蕴含的机遇时，它们不再是一种负债:而是对英国具有战略重要性的资产

杰里米·克鲁克斯——英国煤炭管理局创新部负责人

其核心概念很简单:在矿井的工作面上挖一个钻孔，将水泵到地表，然后将水送入热泵或热交换器，在那里加热水，然后在区域供暖系统中循环。

他说，这是一个非常高效的过程。对于从接近地表的矿井水(通常为11 - 20˚C)，热泵的工作性能系数(COP)为4(即每输入1kW的电力，就会得到4kW的等效热量)。对于从更深的矿井中提取的高温水，它会变得更加高效。“如果温度升高到30˚C以上，那么性能系数就会达到10，”他补充说。

与此同时，冷却的矿井水通过一个单独的钻孔重新注入矿井，这样就可以再次加热。

这些注水井的位置是关键，因为目标是在再次抽取之前，将回注的水在矿井内移动尽可能远的距离。

在这方面，英国有一个特别有用的工具，那就是所谓的废弃法规——该法规已经实施了150多年——它在法律上要求矿山经营者提交文件，表明他们开采的确切地点。

有了这些信息——以及矿井温度的历史数据——工程师们就能够根据矿井的复杂性确定提取和回注点的最佳位置。

克鲁克斯以达勒姆的一个方案为例，说明了如何使用这些数据。在达勒姆，两个钻孔之间的距离只有20米，但地表以下的连接距离为6.5公里。

他补充说，虽然这显然是一门精确的艺术，但也是一门很容易理解的艺术。“这里没有什么火箭科学。煤炭管理局在矿井上打了200个钻孔，所以我们知道怎么做;我们每年处理1.2亿立方米的矿井水，这是可以理解的。热泵和集中供暖是众所周知的。所以我们只是把所有这些放在一起。”

他认为，最棘手的挑战是如何使区域供暖在英国大量漏水的维多利亚式老房子的改造中可行，这就是为什么目前的许多项目都集中在新建方案上。

其中一个这样的倡议是目前正在达勒姆郡的Seaham花园村开发的一个大型6MW计划。该项目将使用来自前Dawdon矿的低温水，温度约为18至20˚C，为大约1500所新房和一些社区建筑提供供暖。当该方案投入运行时，预计其占地面积只有燃气供暖的十分之一左右。

克鲁克斯说，由于所涉及的温度相对较低，这种方案对区域供暖方案来说是一个特别的甜蜜点。该系统将水加热到60˚C左右，这意味着热损失比温度较高的水要低，而且不需要钢管，这意味着可以使用塑料分配系统。克鲁克斯说:“在地下开采的成本要低得多，而且在水工业中有一个成熟的供应链。”

煤矿的关闭使煤田社区处于不利地位。煤矿作为一种低碳、低成本的能源有可能彻底改变这一现状

杰里米骗子

目前正在进行的其他地热项目包括在盖茨黑德的一个6兆瓦的安装项目(该项目将使用来自矿井水处理方案的地热能为家庭和建筑供暖)，以及另一个700万英镑的计划，该计划将使用同样位于泰恩赛德的被洪水淹没的Hebburn煤矿的能源，为该镇的一些议会建筑和家庭供暖。

除了地热，克鲁克斯的研究小组还在研究将这些矿藏用作所谓的“热烧瓶”的潜力，这种烧瓶可以储存废热或来自太阳能装置等其他来源的热量，然后在需求高的时候将这些热量反馈到供热网络中。在斯堪的纳维亚国家，地面热存储已经广泛用于区域供热方案，但他说，矿井的狭长轮廓使其特别适合这种应用。

他透露，英国煤炭管理局目前正在考虑在肖费尔(Shawfair)进行一项潜在的开发——一个新市镇将主要建在苏格兰米德洛锡安(Midlothian)的蒙顿霍尔(Monktonhall)煤矿旧址上——如果该计划得以实施，将代表着世界上首次将废弃矿井用作热水瓶。

除了单个的能源计划，克鲁克斯发现了一个更大的机会，他相信矿山可以被用作巨大的跨季节能源储存库，来自各种来源的热量——包括废物处理厂、风力涡轮机、太阳能电池板甚至污水——可以用来提高现有地热资源的温度。这样的方法，他能不能说有可能把水温提高到这样的程度当你把水拉出来的时候就不需要通过热泵或热交换器了。他说:“这在世界上任何地方都从未大规模进行过，因此这可能是英国真正领导世界的机会。”

他说，可能性几乎是无限的。“你在地下有一个巨大的容器，你可以用它做所有这些事情，因为它充满了水，而水作为一种优先的热量传递器，为所有这些机会提供了机会。”

克鲁克斯说，如果目前正在酝酿中的所有计划都能实现，这对英国来说将是巨大的——创造新的就业机会，新的中小企业和可输出的专业知识。事实上，根据公共政策研究所(IPPR)的数据，热网投资可以创造81,000个就业岗位，并为英国经济带来高达220亿英镑的私人投资。

除此之外，重新利用煤矿也可能对随着国家抛弃煤炭而被抛在后面的社区产生深远影响。

“煤矿的关闭使煤田社区处于不利地位，”克鲁克斯说。“他们的寿命更短，健康差距更大，就业机会更少。煤矿作为一种低碳、低成本的能源有可能彻底改变这一现状。煤田可能会突然成为未来的商业和投资场所。我们不应该忽视这样一个事实，我们在地下有这个神奇的迷宫般的工作，是由矿工在非常艰苦的条件下工作创造的。他们开采的每一吨煤——当时他们并不知道——但他们正在为英国的未来创造一笔资产，这真的很有诗意。”