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“地下城”怎么建?可嘗試地下抽水蓄能、壓縮空氣儲能發電站

作者:詹媛 來源:光明日報 發布時間:2019-04-17 瀏覽:
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“還有建造井筒式小型智能化地下停車庫、地下抽水儲能發電、壓縮空氣儲能發電站等都是地下空間利用可以嘗試的方式。”

《流浪地球》里的人們居住在地底的“地下城”,未來,“地下城”并不會只存在于科幻片中,科學家目前正在開展的深地空間研究就在探討“地下城”怎么建。記者近日采訪了中國工程院院士、深圳大學深地科學與綠色能源研究院院長謝和平,請他從科學角度描繪未來地下空間生存圖景。

“地下城”是世界性的前沿科學研究

“對深地空間開發利用并不只是科幻,而是全世界都在研究的科研項目,是世界性的前沿科研話題。”謝和平說,對地下空間的綜合利用在國際上非常受重視,已有很多國際組織都在研究地下空間利用。這些國際組織包括1974年成立的國際隧道與地下空間協會(ITA)、1996年成立的國際地下空間聯合研究中心(ACUUS)、1986年成立的國際非開挖技術協會(ISTT)等。1991年城市地下空間國際學術會議通過的《東京宣言》還曾強調“21世紀是人類開發利用地下空間的世紀”,預測未來有1/3的人會在地下空間開發利用居住。

據謝和平介紹,目前國際上已有不少科學開發利用地下空間的案例。例如,芬蘭建成了一個地下公園,將深入地下120米的空間打造成含鹽濕潤空氣的氧吧,常年恒溫11℃~12℃,幾乎沒有任何過敏源和細菌,可以對患呼吸道、肺結核等疾病的病人進行療養。2014年建成的位于英國北威爾士的礦洞游樂場,在地下150米,擁有保溫保濕環境下世界最大的地下蹦床。

還有很多國家也在嘗試開發地下空間,例如,新加坡打算建造的一個地下科技城,已經做了規劃,要在西部科學園區地下打造相當于30層樓的地下科學城,供生物醫藥產業和生命科學使用,未來還可以容納新增人口。

“一個城市的總面積不只是地面面積,應該把地面面積乘以開發深度的40%才是一個城市總的利用空間。這些地下空間具有恒溫恒濕、隔音隔震、天然抗自然災害、低本底輻射、環境清潔等獨特優勢。”謝和平說,將這些地下空間的優勢利用起來,可以開展地下醫學研究和治療,例如烏茲別克斯坦的霍奇金洞穴,可以提高慢性阻塞性肺疾病患者的細胞免疫力;還可以開展相關的科研活動,例如歐洲的大型強子對撞機就在地下92米處。“如果開展更多的探索利用,還可能在未來讓深地空間成為優于太空定居、應對未來地球災害的人類移居方式。”謝和平說。

未來“地下城”該怎么建設

未來“地下城”該怎么建設呢?謝和平介紹說自己近日在《煤炭學報》發表的學術文章,提出他關于“地下城”5.0版建設的戰略構想和科研論證。按照這個構想:地下0~50米是地下軌道交通、管網系統及避難設施,地下50~100米是地下宜居城市,地下100~500米是地下農業、地下醫學與地下生態圈以及戰略資源儲備,地下500~2000米是地下能源循環帶、地下抽水儲能、壓縮空氣發電站、地下熱能等調儲利用,地下2000米以上是深地科學實驗室、深地固態資源液態化開采。

“關于深地空間開發利用,我提出了5個時代概念的構想,這包括被動式地下空間利用的1.0時代,科學開發地下空間及地下生態城市的2.0時代,深地生態圈構建的3.0時代,深地科學實驗室和深地空間艙的4.0時代,深地固態資源液態化開采的5.0時代。”謝和平說。

深地開發的1.0時代就是建造防空洞、儲備庫、地鐵、地下商場、地下停車場等。2.0時代會有完整的、宜居的生態城市,要有陽光、自循環水泵及空氣智能重生系統。3.0時代就要有生態、環境的地下空間利用,構建地下生態圈的環境,這包括人造陽光、生態植被、深地農牧業、水與生態自循環體系等。4.0時代要開展深地不同深度原位科學實驗,構建深部物理學、生物學、醫學、巖石力學理論體系,為人類向地球深部進軍奠定理論基礎。

5.0時代需要發明盾構式采、選、充、氣化、發電一體化技術與裝備,將固態資源直接轉變為液態、氣態和電能。到那個時候,地下巷道開采有無人機和機器人巡邏、檢查、作業。利用煤粉爆炸、瓦斯爆炸產生的能量,在地下3000米深部原位發電,輸送到地面上的將是電、氫氣、液化炭,而不是固體資源,并要構建深部原位生態綠色低碳的自循環開發利用體系。“目前,我所帶領的博士團隊正在做這方面的探索預研。”謝和平說。

邁入“地下城”2.0時代

據謝和平介紹,地球固態礦產資源埋深可超過40千米,我國已探明的鐵礦、銅礦、鋁土礦資源70%都在2千米以下。以地熱資源為例,僅地殼最外層10千米范圍內,就擁有1254億焦熱量,相當于全世界現產煤炭總發熱量的2000倍。

目前,我國已將深地開發列入國家重大科技專項,要全面提升深地工程科學和技術的水平和能力,力爭到2035年深地鉆要達15000米;油氣開采要到10000米;地熱開發到6000米,固態資源開采到3000米,地下空間工程到1000米。

“目前國際上地下空間利用率大概是30%,而我們國家僅有17%。”謝和平說,隨著我國深地開發戰略的開展,這些地下空間如何合理開發利用,是“現在要先進行預研的國家重大戰略科研項目”。

“以煤礦為例,我國現有煤礦地下空間約139億立方米,到2030年預計將達到241億立方米,長度約160萬千米,可繞赤道40圈。如此巨大的地下巷道空間,該如何利用呢?”謝和平介紹說,國外改造和利用廢氣礦井呈現多種用途和形式。例如利用地熱發展地下農業,諾丁漢大學的學者們正在考慮使用自然存在于礦井中的地熱把15萬個廢棄煤礦改造成地下農場。

“要知道地下本身就是冬暖夏涼,地下溫室建設成本只相當于地面大棚農業的1/4。”謝和平說,2017年,英國倫敦就利用地下33米處的防空洞建造地下農場,以LED燈為光源,水培技術能節水70%,完全不需要農藥,植物生長不受季節、天氣的影響,6到28天可收獲,成功推出了地下農產品品牌。

“還有建造井筒式小型智能化地下停車庫、地下抽水儲能發電、壓縮空氣儲能發電站等都是地下空間利用可以嘗試的方式。”謝和平說,另外還可以建造地下污水處理廠,例如香港就計劃把地面污水處理都放到了地下;還可以建造地下酒店,開展景觀旅游以及地下原位實驗室,例如,韓國的暗物質實驗室就在礦井700米以下的地方。

在深地空間利用方面,我國也開始了一些探索。目前北京的京西五大煤礦第一期改造工程已經啟動。謝和平介紹說,按照規劃,地面是青山綠水風景區、學院教育培訓區、旅游度假區、運動休閑區、高科技園區,地下將會被開發成煤礦井下安全生產培訓實踐區、地下生態景觀體驗區、地下農業種植區,深地科學探索區。“我們希望把它打造成全國煤礦的開發利用示范區,打造成科技研發總部和地下空間研發實驗基地。”謝和平說。在他看來,關于“地下城”建設,“現在剛剛進入2.0時代,到5.0時代可能還得幾十年甚至上百年,但我們可以想象未來的趨勢和美好的前景。”

原標題:“地下城”怎么建,深地空間研究有答案

關鍵字:抽水蓄能 壓縮空氣儲能

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