海上地热能开发现状及其对中国的启示

在世界能源短缺以及实现碳减排目标的背景下,随着海洋和地热能开发技术的进步,海上地热能的潜力越来越受到人们的关注。本文分析了目前全球海上地热资源开发热点区域分布,以及海上地热资源利用的优势和劣势,梳理了国内外海洋地热资源利用现状和关键开发技术,包括海上地热利用方式、地热勘查技术、地热资源评价技术、地热利用技术和地热能开发影响评价技术等,指出了当前中国海上地热能发展利用过程中面临着基础资料薄弱、关键技术创新力不足、核心装备自主性差、激励政策不够完善等诸多挑战,并给出了相应的发展建议。

城市浅层地热能开发地质环境问题研究

本文就浅层地热能开发利用过程中出现的生态环境和地质环境问题从客观因素和人为因素进行了详细的研究,借助土壤温度的测试和地层冷热平衡的监测,分析在地源热泵运行过程中造成的热污染、地下水位下降、地面沉降、地下水质恶化污染等问题。研究认为长期利用地源热泵开发利用系统,如设计不合理或地下水回灌率低,将破坏地层的冷热平衡。北方地区供暖期大于制冷期时,地层温度将逐年下降,N2O和CH4会集中释放,造成生物生长速度缓慢。地下水源热泵运行时,如地下水回灌困难,将导致地下水资源浪费、水位下降等生态环境问题以及路面塌陷、地面沉降等地质环境问题。供暖期、制冷期运行时间差别较大时,将导致地下水温度的变化,直接影响地下水中污染物的降解,间接影响地下水的水质。抽取、回灌地下水的过程会造成空气中的氧气随之溶解于水中,导致地下水质的变化。通过分析浅层地热能开发利用存在的突出问题和影响因素,可为其科学合理开发利用提供科学依据和技术支撑。

太阳能耦合地热能原油维温系统运行特性分析

原油静储期间受外界低温侵扰易发生凝罐事故,通常采用燃气锅炉对原油进行加热,但此加热方式存在能源消耗大、热效率低、污染高等问题。太阳能耦合地热能原油维温是一种可行方案,其通过利用时间互补、热量互补进行太阳能和地热能协同耦合,并采用瞬时系统模拟程序搭建太阳能-地热能联合原油维温系统,对系统运行特性进行分析。结果表明:运行周期内,浮顶油罐原油温度均高于设计静储温度,系统设计合理。全年供热量为11 977.2 GJ,太阳能集热器供热量占63.13%,地源热泵系统供热量占36.87%,一个运行周期后地下土壤平均温降0.54%。

区域尺度地埋管地源热泵与能源地下结构开采浅层地热能评价综述

随着浅层地热能的大规模开发利用,针对地埋管地源热泵和能源地下结构的研究正由单个、单体尺度逐渐转向区域尺度。相较于地埋管地源热泵,能源地下结构占地面积小、成本低,在大规模城市建设及地下空间开发中具有良好的优势。从热物性参数和地下城市热岛效应两方面总结浅层地热能理论潜力现有研究成果,简述浅层地热能的开发形式,重点针对区域尺度地埋管地源热泵与能源地下结构的适应性评价进行系统综述,从适宜性分区、热交换潜力、满足建筑物能源需求效果三方面建立相应的区域尺度能源地下结构评价体系,以我国山东临朐县和德国巴登-符腾堡州地埋管地源热泵及我国南京大学仙林校区能量桩的区域性研究为案例进行深入分析,归纳当前研究中存在的问题,并对区域尺度能源地下结构的下一步研究进行展望。

地热能全流发电用两相单螺杆膨胀机理论膨胀过程热力特性研究

针对地热能发电技术存在的系统效率与热源利用率低的问题,对全流循环发电系统中替代传统汽轮机使用的单螺杆膨胀机进行了热力特性分析。基于质量守恒方程、能量守恒方程与湿蒸汽维里状态方程,建立了考虑液体闪蒸与气液平衡的单螺杆膨胀机理论全流膨胀过程的热力学模型,探索了进气温度与干度对气液两相工质状态及膨胀机热力特性的影响机理。结果表明:当进气温度由140℃升高至170℃时,湿蒸汽工质的质量、压力和温度均得到提升,单螺杆膨胀机的输出功率也由210 kW提升至约260 kW,等熵效率在进气温度为160℃时取得77%的最佳值;进气干度的提高会减少进入工作腔湿蒸汽工质质量,进而导致膨胀结束后介质压力与温度的降低,但显著促进了膨胀机的性能参数包括输出功率和等熵效率的提高,当进气干度为0.3时,单螺杆膨胀机的输出功率超过了500 kW,等熵效率也可达76.5%。上述研究结果对应用于地热能全流发电的两相单螺杆膨胀机的热力特性分析与改善以及全流发电技术的优化有一定的参考意义。

“双碳”目标下有机工质地热能热电联供系统浅析

在传统能源逐渐短缺、环境污染日益严重的情况下,“双碳”目标的提出具有重要的意义,可再生能源开发利用具有广阔的前景。现如今,利用有机工质作为循环介质是最常用的一种地热发电方式,通过清洁的有机工质进行换热不仅成本低,而且换热性能很强,能够很好的利用地下热水的热量。利用地热能设计的热电联供系统比传统发电系统节省占地面积小,同时此系统对环境保护有很大益处,与火力发电相比,使用地热资源发电能够很好的节省燃料同时减少CO_(2)、SO_(2)等废气的排放,对于推进实现“碳达峰”、“碳中和”具有重要意义。

冀南农村住宅太阳能辅助浅层地热能系统运行特性分析

浅层地热具有分布广泛、储量巨大的特点,但对于北方农村建筑冬季供暖热负荷远大于夏季冷负荷,容易出现土壤的热失衡问题。本文以冀南地区农村住宅为例,设计了一套太阳能辅助浅层地热能系统。与原有浅层地源热泵系统相比,首先分析了目标建筑的室内外温差变化。其次监测土壤温度场和供回水温差的变化。最后对辅助系统的初投资和运行成本进行分析。结果表明:冬季地温场平均温度明显上升,通过太阳能和地源热泵交替运行,减少了从地下提取的热量,缩短了冬季取热量和夏季排热量不平衡周期,缓解了全年土壤冷热负荷不平衡的问题。地埋管进出水温度和换热效率有较大的提高,应用了辅助系统的系统能效比从2020年的3.40提高到了4.17,提高了0.77。太阳能辅助浅层地热能系统最佳配比为12.80m^(2)太阳能集热面积和1个地埋孔。太阳能辅助浅层地热能系统冬季供暖运行成本为18.86元/m^(2)。与单一地源热泵系统相比可节约37%的采暖、制冷及热水全年运行费用,与传统供暖制冷模式相比可以节约40%-45%的全年运行费用。

我国海洋地热能开发利用研究

我国海洋地热能资源丰富,尚未得到较好开发利用,如能与其他海洋资源实现融合开发利用,将对保障我国能源安全、实现“双碳”目标、建设能源强国、构建新型能源体系以及岛礁建设和深远海开发具有重要的战略意义。本文系统梳理了国内外海洋地热能利用现状,分析了我国海洋地热能利用面临的挑战,指出了我国海洋地热能利用未来的重点发展方向:海洋地热能勘探开发核心技术和关键装备、海洋地热能利用核心技术和关键装备、海洋地热能产业及产业链构建;并阐述了阶段性发展目标,提出了我国海洋地热能利用的2个典型模式:与海上稠油和海上天然气水合物融合开发的地下直接利用模式。研究建议:统筹海洋功能区划,将海洋地热能和海洋油气区块纳入国家统一规划;优先摸清南海海洋地热能及与其他海洋资源重叠优势区域分布情况;加快攻关海洋地热能开发利用核心技术和关键装备;加大对海洋地热能开发利用的财政支持力度,并给予补贴和财税优惠政策支持,充分调动企业积极性;在海洋地热能富集区开辟先导试验,积极探索与海洋其他资源融合开发示范,以此促进我国海洋地热能利用的高质量发展。

地热能利用技术研究进展综述

地热能作为5大非碳基清洁能源之一,具有储量大和分布广泛等特点。概述了地热能利用技术分类及发展现状,并进一步介绍了浅层地源热泵技术、水热型供热系统、中深层地埋管供热技术以及增强型地热系统的基本概念及发展应用现状。对国内外现今地热能利用技术研究进展及最新研究方向进行综述,从行业重难点问题攻关、多场景地热能利用适应性方案开发、地热储能技术探索等方向对中国未来地热能利用技术的研究与发展做出展望,以期为中国地热领域从业人员提供指导建议与意见参考。

专利视角下我国干热岩地热能利用技术研究进展

干热岩属于典型的绿色零碳能源,具有资源量大、分布范围广泛、开发利用对环境影响小、基本不受自然条件影响等显著优势,如何有效开采和利用干热岩地热能资源是新能源开发领域及可再生能源开发领域研究的热点。文章采用专利检索分析的方法,对我国干热岩地热能利用技术进行了技术分析和研究,重点分析了专利申请量趋势、区域分布、重要申请人和主要技术路线等,同时结合我国干热岩地热能利用领域的专利技术现状,对其未来发展方向进行了预测和建议。

雄安新区浅层地热能资源潜力及经济环境效益评价

根据雄安新区雄东片区浅层地热能的地温场和热物性等赋存条件,估算了雄东片区浅层地热能静态储量和资源潜力,评价了开发利用的经济环境效益。经计算,雄东片区150 m以浅浅层地热能热容量为4.7×10^(12)kJ/℃,静态储量为23.4×10^(12)kJ,制冷工况下资源潜力为43.3万m^(2)/km^(2),供暖工况下资源潜力为85.9万m^(2)/km^(2)从经济效益角度评价,当浅层地热能开发利用率为25%时,雄东片区全年大约可节约6077吨标准煤,全年大约可节约费用2006万元,可减排二氧化碳14501吨、减排二氧化硫103吨、减排粉尘49吨。

浅层地热能勘查评价——以唐山西郊某场地为例

根据钻探、抽水试验、水样化验、热响应试验和岩土体热物性测试,得到水文地质和热物性参数,采用对比法分析场地为地埋管换热适宜区,估算场地浅层地热能容量和可供换热量、建筑物需求量、经济及环境效益。场地蕴含的浅层地热能资源完全满足建筑物供暖制冷的需求。据估算,每年可节约燃煤100.54 t,可减排污染废气物共243 t,比传统方式每年节费约57%,还可以创造碳指标,节能减排增效显著,为冀东地区浅层地热能开发利用起到指导及示范作用。

LNG冷能与中深层地热能驱动的发电系统性能分析与优化

结合LNG冷能和中深层地热能特点,根据梯级用能理论,构建LNG冷能与中深层地热能驱动的联合循环发电系统,系统主要由LNG直接膨胀部分、地热单级闪蒸循环及回热式有机朗肯循环三部分组成。基于Peng-Robinson状态方程,选用模拟软件HYSYS,对发电系统进行模拟计算,研究关键参数对系统热效率、?效率和平均能源成本的影响。结果表明,随着地热水蒸发压力的增大,循环热效率提升13.99%,?效率提升7.58%,平均能源成本减小2.81%;LNG气化压力的增大使得循环热效率提升9.39%,?效率提升3.13%,平均能源成本减小8.01%;天然气外输压力的增大使得热效率降低20.93%,?效率提升38.44%,平均能源成本增加25.21%。利用遗传算法对系统进行单目标优化,结果显示系统最大热效率为37.37%,最大?效率为53.92%,最低总成本率为0.782百万美元/a。

基于指标法和层次分析法的浅层地热能资源勘查及评价

以山东省聊城市东昌府区浅层地热能开发利用示范工程为例,系统研究示范工程选址、换热方式选型的思路和工作方法。相关结论不仅为换热孔的设计和施工提供了依据,也为开展浅层地热能开发利用项目提供了参考。

基于经济视角的地热能供暖推广研究及政策建议

我国地热资源丰富,地热能供暖在节能环保方面有显著优势,对于我国推进“双碳”战略、优化能源结构、助力大气污染治理具有重要意义。当前地热能供暖的经济性问题成为影响市场推广的重要因素,本文对地热能供暖与传统供暖方式的经济性进行了对比分析,从短期来看,地热能供暖初始投资大、投资回收期长,但从长期来看,地热能供暖运营成本低,具有显著的综合成本优势。分析基础上,本文从经济视角对我国当前地热能发展利用中存在的主要问题进行了分析,并提出了加快发展地热能供暖的相关政策建议。

唐山市典型区浅层地热能资源调查评价

地热资源作为非碳基可再生能源,因其绿色低碳、稳定可靠等特点被广泛开发利用,在“双碳”目标指引下,我国正加快勘查开发力度。通过现场热响应试验、采灌试验、热物性统计与分析,获取研究区水文地质及热物性参数,基于层次分析法对唐山市典型区展开浅层地热能适宜性分区评价,估算求得研究区地热能热容量、换热功率、资源潜力及生态环境效益。研究表明,唐山市典型区200 m以浅平均地层温度为14.71~16.09℃,平均导热率为1.56~1.88 W/(m·℃),研究区同时满足地下水及地埋管地源热泵开采方式,地下水地源热泵适宜区、较适宜区、不适宜区占比分别为27.8%、55.7%、16.5%;地埋管地源热泵适宜区、较适宜区、不适宜区占比分别为82.56%、16.13%、1.31%;研究区浅层地热能夏季制冷换热功率为302.48万kW,制冷面积为56.1565×10^(6) m^(2);冬季制热换热功率为123.87万kW,供暖面积为24.774×10^(6) m^(2);据估算,通过地热能开发利用每年可节约煤炭3.4万t,减少废气排放8.2178万t,节约环境治理费用约9057.94万元,生态环境效果显著。

中央地勘企业发展地热能产业的思考与建议

“碳达峰碳中和”目标和国资央企的战略定位要求中央地勘企业要立足“国之大者”,以服务国家能源结构调整为己任,培育地热能清洁能源开发产业。中国地热能资源禀赋区域特征明显,开发利用的主要方式是供暖(制冷),市场规模趋涨,产业链上下游存在制约发展的瓶颈,如上游勘查投入不足、地热资源评价精细化程度不高等问题。基于自身发展实际,认为中央地勘企业发展地热产业要以能够发挥科技创新、产业控制和安全支撑为目标,强化顶层设计,明确地热产业作为战略新兴产业的培育发展定位,锚定业务定位和市场布局,创新商业模式,聚焦产业链关键环节核心技术研发,集中配置优质产业资源,确保战略发展目标落实落地。

中深层地热能供暖现状及问题研究分析

随着供暖技术的持续发展,在城市供暖和工业供热领域,都开始使用中深层地热能,作为一种新型能源,地热能供暖能够切实提升资源利用效率,减少实际供暖模式中的问题情况,保证总体的供暖效果。但同时,也应当做好对中深层地热能供暖现状的分析,积极研究地热能供暖中存在的问题情况,从而持续优化供暖模式,提升中深层地热能供暖效果。本文将对中深层地热能供暖现状及问题进行研究,具体阐述供暖的价值、现状、问题和策略。

西安某产业基地浅层地热能供暖/制冷优化设计与分析

浅层地热凭借其丰富的资源储量、成熟的地源热泵技术,已在建筑供能方面得到了大量推广应用。该文对西安市某产业基地供暖制冷负荷需求及项目基础条件进行分析研究,提出了经济合理、绿色低碳的浅层地热能供暖/制冷优化设计。结果表明:采用浅层地热能用能,运行费用较其他设计可节省1.13×10^(5)元/a,相比空气源系统、分体式空调系统和燃气锅炉+中央空调系统增量静态投资回收期分别为3.1、2.6、2.4 a,长期经济效益和环保效益显著。研究成果为西安市区域内地热能综合开发利用提供了基础依据。

浅层地热能可持续发展问题及对策研究

本文旨在探讨目前浅层地热资源的开发与利用现状,并提出相关问题及解决方案。首先介绍了浅层地热资源的定义和特点,以及其在能源转型中的重要性,随后分析了贵州省浅层地热资源开发的现状和存在的问题,包括资源勘查不足、监管体制不完善、技术水平低下、市场机制缺位等方面。就此提出了加强资源勘查评价、培育专业人才、优化投资环境和加强宣传交流等对策建议,以促进浅层地热资源的可持续开发与利用。