利用GIS分析选择矿井水地热能应用的最佳地点:以苏格兰矿区为例

文摘   2024-07-30 10:49   广东  
智利  
苏格兰矿区矿井水地热能应用  /MetaGeo

APA 格式引文:

Walls, D. B., Banks, D., Kremer, Y., Boyce, A. J., & Burnside, N. M. (2024). GIS analysis for the selection of optimal sites for mine water geothermal energy application: a case study of Scotland's mining regions. Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology, 57(3). https://doi.org/10.1144/qjegh2023-050

研究亮点


 应用GIS技术选择最佳地点研究通过GIS技术对苏格兰矿区进行分析,以确定矿井水地热能应用的最佳地点。这种方法利用地理信息系统(GIS)整合多种数据,提高了选址的准确性和科学性。


 环境与经济效益评估:研究不仅考虑了地热能应用的技术可行性,还评估了其环境和经济效益。通过综合分析,证明矿井水地热能在环境保护和经济收益方面具有显著优势。


 数据驱动决策支持:研究使用了大量的地理和环境数据,通过数据驱动的决策支持系统,为地热能应用的选址提供了科学依据。这种方法提高了决策的透明度和可靠性


 多利益相关者参与:研究过程中,广泛吸纳了政府部门、企业、学术机构和当地社区的意见和建议。多利益相关者的参与确保了研究结果的公正性和实用性



编者按:在当前全球对可再生能源和环境保护的关注日益增强的背景下,本文对苏格兰矿区矿井水地热能应用的研究具有重要的参考价值。通过先进的地理信息系统(GIS)技术,作者团队详细分析了矿井水地热能的潜力,提供了全面的实证数据和科学依据。这项研究不仅展示了地热能在满足地表供暖和制冷需求方面的巨大潜力,还强调了其在环境保护和经济效益方面的双重优势。同时,作者也指出,全面的可行性研究仍需结合专业的工程和地质学分析,以确保选址的科学性和实用性。


本文不仅为苏格兰矿区的地热能开发提供了科学依据和参考,也为其他地区的类似研究和实践提供了宝贵的经验和启示。在可再生能源和环境保护日益重要的今天,这项研究的成果无疑将对推动地热能的应用和发展起到积极作用。


摘要:煤矿淹没区的水可以通过钻孔或竖井抽取,其中的热量可以被提取(或排放)以满足地表供暖(或制冷)需求。使用后的水可以重新注入矿井或排放到地表水接收体。


研究在ArcGIS中应用了四个标准,对描述苏格兰中部谷地矿井和矿井水的数据集进行了初步筛选,以评估矿井水地热能开发的适用性。这些标准是:(i)场地下方存在两个或两个以上的已开采煤层;(ii)不存在潜在不稳定的浅层(<30米)矿井;(iii)矿井水静水压力头深度小于60米;(iv)煤矿工作面的深度小于250米。结果是编制了苏格兰矿井水地热资源图集(MiRAS)。MiRAS显示,在19个地方政府区域内,总面积为370平方公里的区域被认为是矿井水地热开发的“最佳”区域,其中最大覆盖面积在北拉纳克郡。这个结果不应被解读为在确定的“最佳”区域之外没有矿井水地热开发的潜力。MiRAS并不排除在全面可行性研究期间需要专业的工程和地质学投入


背景:本文研究苏格兰矿区矿井水地热能应用的最佳选址,利用地理信息系统(GIS)技术对多个数据集进行整合和分析。矿井水地热能作为一种可再生能源,具有巨大的潜力,不仅可以满足地表供暖和制冷需求,还能减少温室气体排放,提高能源利用效率。然而,选择适合的开发地点是确保地热能有效利用的关键。本研究通过综合考虑地质、水文和环境等因素,提出了一种系统性的方法,为矿井水地热能的选址提供了科学依据

科学问题:核心科学问题包括:1.矿井水地热能的开发适宜性评估:如何通过GIS技术对矿井水地热能的开发地点进行初步筛选和评估。2.环境和经济效益分析:评估矿井水地热能在环境保护和经济收益方面的潜力,确定其可持续发展的可行性。3.数据集整合和分析方法:探讨如何有效整合地质、水文和环境数据,通过ArcGIS进行综合分析,为选址提供科学支持

方法:采用了一系列先进的GIS分析和数据处理方法,包括:1.数据集整合:整合描述矿井和矿井水的多个数据集,包括地质、水文和环境数据。2.ArcGIS分析:利用ArcGIS对数据集进行空间分析和筛选,应用四个标准对矿井水地热能的适宜性进行评估。3.适宜性筛选标准:标准包括(i)场地下方存在两个或两个以上的已开采煤层;(ii)不存在潜在不稳定的浅层(<30米)矿井;(iii)矿井水静水压力头深度小于60米;(iv)煤矿工作面的深度小于250米

结果解读研究结果显示,苏格兰中部谷地的370平方公里区域被认为是矿井水地热能开发的“最佳”区域,覆盖19个地方政府区域,其中北拉纳克郡的覆盖面积最大。结果还表明,即使在未被确定为“最佳”区域的地点,也可能存在矿井水地热能开发的潜力。本文开发的矿井水地热资源图集(MiRAS)为未来的详细可行性研究提供了初步筛选工具,但仍需在全面可行性研究中结合专业的工程和地质学分析


结论评析通过GIS技术,对苏格兰矿区矿井水地热能应用的最佳选址进行了系统性研究,提出了初步筛选工具MiRAS,显示出370平方公里的“最佳”开发区域。尽管结果提供了有价值的参考,但在全面可行性研究中仍需结合专业的工程和地质学投入,以确保选址的科学性和实用性。研究展示了矿井水地热能在未来能源应用中的广阔前景,提出的方法具有很强的可复制性和应用价值

图文赏析:


图.  苏格兰中部地带地图,描绘了 TCA 煤矿开采区范围内的主要苏格兰煤田。资料来源:煤炭管理局的数据。


图. 预测的矿井水位深度(水头)图,该图由矿井水面高程层与数字地形模型相结合得出(数据集 6)。资料来源:煤炭管理局和英国地形测量局的数据。UKGEOS,英国地球能源观测站。


要点问答

 
Questions & Answers




█ 为什么选择利用矿井水地热能

矿井水地热能是一种可再生能源,具有减少温室气体排放、提高能源利用效率和满足地表供暖和制冷需求的潜力。利用废弃矿井中的水源,不仅可以降低环境影响,还能有效利用已有的地下资源,减少新的开采和建设成本。

本研究采用了哪些技术和方法进行选址分析

本研究采用了地理信息系统(GIS)技术,通过ArcGIS对描述矿井和矿井水的多个数据集进行整合和分析。研究应用了四个筛选标准,包括煤层数量、浅层矿井的稳定性、矿井水静水压力头深度和煤矿工作面的深度,初步筛选出适合矿井水地热能开发的最佳区域

█ 研究结果显示哪些区域最适合开发矿井水地热能

研究结果显示,苏格兰中部谷地的370平方公里区域被认为是矿井水地热能开发的“最佳”区域,覆盖19个地方政府区域。其中,北拉纳克郡的覆盖面积最大,显示出该地区在矿井水地热能开发方面的巨大潜力

█ 研究对环境和经济效益的评估有何发现

研究评估了矿井水地热能在环境保护和经济收益方面的潜力,结果表明,这种能源利用方式不仅能够减少温室气体排放,保护环境,还具有显著的经济效益。通过有效利用已有的地下资源,可以降低开发和运营成本,实现可持续发展


█ 本研究的方法是否适用于其他地区的类似评估

本研究开发的方法具有很强的可复制性,可以应用于其他地区的类似评估。通过整合地质、水文和环境数据,利用GIS技术进行综合分析,这种方法为其他地区的矿井水地热能选址提供了科学的评估框架和可行的操作模式



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文案:刘晓
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