从煤矿中产生清洁能源

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——结束了该地区超过200年的生产。

如今，只有德比郡的哈丁顿矿还在，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只有一步之遥。

然而，尽管煤炭开采已基本结束，但随着一系列旨在挖掘城镇地下迷宫般的隧道、竖井和道路的绿色倡议的实施，煤矿本身可能在英国的能源结构中仍扮演着至关重要的角色。

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埋藏在地下深处，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(以及约14%的国土面积)位于煤田之上。事实上，这些人口中心的存在，完全要感谢煤炭及其创造的工业。

多年来，英国工业历史的这一遗产一直被视为一种负担。保证它的安全，管理它的影响，以及在水泵关闭后开始流入矿山的数十亿升水的处理，是一项24 / 7的努力，每年要花费纳税人大约24亿英镑。

但近年来，研究人员、工程师和科学家们开始质疑，我们过去污染的遗产，特别是大量的矿井水——被地质过程加热到高达40˚C的温度——是否真的能帮助英国向零碳经济转变。

负责管理煤矿的英国煤炭管理局(Coal Authority)创新主管杰里米•克鲁克斯(Jeremy Crooks)是这种绿色煤矿再利用的特别直言不讳的传道者。

克鲁克斯告诉《工程师》杂志:“矿井一直是一种累赘，但我们现在以完全不同的方式看待它们。”“当你看看这些矿周围的机遇时，这就不再是一种负债:对英国来说，它是一项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，旨在利用每年大约220万GWh的煤矿零碳地热能源。

当你看到这些矿周围的机遇时，这不再是一种负债:它是对英国具有战略重要性的资产

Jeremy Crooks -煤炭管理局创新部主管

其核心概念很简单:在矿井的工作面上挖一个钻孔，水被泵到地表，并被送入热泵或热交换器，用于加热水，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的热量)。对于从更深的矿井中提取的温度更高的水，它的效率会更高。他补充说:“如果温度更高，在30˚C以上，那么性能系数就会达到10。”

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矿井。

这些注入钻孔的位置是关键，因为回注水的目的是在再次抽取之前，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可以使用，那就是所谓的废弃规定——该规定已经实施了150多年——它对矿山经营者提出了一项法律要求，要求他们提交书面文件，显示他们开采的确切地点。

有了这些信息——以及矿山温度的历史数据——工程师就能够根据矿山的复杂性来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，说明了该数据的使用方式。在那里，两个钻孔之间的距离只有20米，但地下的连接距离为6.5公里。

他补充说，虽然这显然是一门精确的艺术，但它也是一门很容易理解的艺术。“这里没有什么是火箭科学。煤炭管理局在矿井中打了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。人们很了解热泵和集中供暖。所以我们只是把所有这些都整合在一起。”

他表示，最棘手的挑战是如何使区域供暖技术在改造英国现存的、有漏洞的维多利亚式老房子时可行，这就是为什么目前许多项目都集中在新建方案上。

其中一项举措是目前正在达勒姆郡的Seaham Garden Village开发中的一个大型6兆瓦计划。该项目将使用来自前道顿矿的约18至20˚C的低温水，为约1500栋新住宅和一些社区建筑提供供暖。当该方案建成并运行时，预计其占地面积约为燃气供暖的十分之一。

克鲁克斯说，由于涉及的温度相对较低，这个方案对区域供暖方案来说是一个特别的甜点。该系统将水加热到60˚C左右，这意味着热损失比温度更高的水更低，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:“把水注入地下的成本要低得多，而且水行业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，有可能扭转这一局面

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(Gateshead)安装一个6兆瓦的地热装置(该装置将使用来自一个运行中的矿井水处理方案的地热能为家庭和建筑供暖)和另一个700万英镑的计划，该计划将使用同样位于泰恩赛德(Tyneside)的被洪水淹没的Hebburn煤矿的能源，为镇上的一些市政建筑和家庭供暖。

除了地热能，克鲁克斯的团队还在研究将这些矿用作所谓的“热烧瓶”的潜力，这种烧瓶可以储存废热或来自其他来源的热量，如太阳能发电装置，然后在高需求时将其反馈到供热网络中。在斯堪的纳维亚国家的区域供暖方案中，地面供热库已经广泛使用，但他说，矿井又长又窄的外形使它们特别适合这种应用。

他透露，煤炭管理局目前正在考虑在肖费尔(Shawfair)进行一项潜在的发展——一个新城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——如果该项目得以实施，将代表着世界上第一个将废弃矿井用作热水瓶的项目。

除了个别的能源计划，克鲁克斯发现了一个更大的机会，他相信矿山可以用作巨大的季节间能源储存，从各种来源的热量——包括废物处理厂，风力涡轮机，太阳能热板，甚至污水——可以用来提高现有地热资源的温度。这样的方法，他能说可能会把水的温度升高到这样的程度当你再次把它拉出来时，实际上不需要把它通过热泵或热交换器。他说:“这在世界上任何地方都从未大规模进行过，所以这可能是英国真正领导世界的一个机会。”

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，水作为热的优先发射器打开了所有这些机会。”

克鲁克斯说，如果目前正在酝酿中的所有计划都能实现，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)，对供热网络的投资可以创造81,000个工作岗位，并为英国经济带来高达220亿英镑的私人投资。

除此之外，重新利用煤矿还可能对国家抛弃煤炭而被抛在后面的社区产生深远影响。

克鲁克说:“煤矿关闭使煤田社区处于不利地位。“他们的寿命更短，存在健康差距，就业机会更少。煤矿作为一种低碳、低成本的能源，有可能扭转这一局面。煤田可能会突然间成为未来的商业场所和投资场所。我们不应该忽视这样一个事实，那就是我们在地下有这个神奇的迷宫般的工作，是由在非常艰苦的条件下工作的矿工创造的。他们提取的每一吨煤——他们当时可能并不知道——但他们正在为英国的未来创造一种资产，这真的很有诗意。”