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。

基于管控单元的城市尺度浅层地热能开发控制因素及指引导则:以雄安新区起步区为例

浅层地热能潜力巨大,其合理利用可极大促进城市节能减排和绿色发展。城市尺度浅层地热能利用除与地质条件密切相关外,还受城市规划影响。本文以雄安新区起步区控制性规划为基础,通过综述城市尺度浅层地热能开发利用的主要控制因素,制定空间适宜性评价和指引导则的工作流程。充分考虑地质因素、资源因素和社会生态因素对浅层地热能开发的制约,结合地温测量、热物性测试、现场热响应试验等室内和现场测试数据,对雄安新区起步区已规划的30个的管控单元进行单要素分析,开展浅层地热能开发综合评价并制定开发指引导则。结果显示,地温场条件、水文地质条件、热传导性能、热容量、供暖制冷面积、城市规划和地面沉降是影响雄安新区浅层地热能利用的直接因素。研究区浅层地热能开发适宜性好的单元占43%,主要分布在北部A、B、C和D单元,以可利用区为主,综合导热能力高,单位供暖制冷面积大,具有比较适宜的浅层地热能赋存条件;适宜性中等单元占33%,主要分布在E单元和其他单元的零星区域,其特点为综合导热能力中等,单位供暖制冷面积和热容量偏小;适宜性差单元占23%,主要集中在南部F单元,该区域水系丰富,受空间规划的影响,开发利用受到制约。研究成果为雄安新区起步区的浅层地热能资源利用和开发提供了支撑,也为城市尺度下浅层地热能资源的规范性评价提供参考依据。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

上海地区浅层地热能建筑应用现状及能效分析

通过对上海地区490个浅层地热能建筑应用项目进行信息统计,分析得出上海地区浅层地热能建筑应用区域分布、应用类型、应用规模及换热方式等特征。同时,通过对42个典型项目的调研、走访及能效测试,总结得出上海地区浅层地热能建筑应用能效等级以2级和3级为主,能效水平较高。截至2023年年底,上海市浅层地热能建筑应用面积约为1852万m^(2),年节能量约为17.29万t标煤,节能率约为35%。

临沂市罗庄区浅层地热能资源研究与评价——以地埋管地源热泵系统为例

本研究旨在评估临沂市罗庄区浅层地热能资源量和开发利用潜力。在分析临沂市罗庄区区域地质、地热地质等基础资料的基础上,结合岩土体样品测试和现场热响应试验,采用指标法和层次分析法对临沂市罗庄区进行地埋管地源热泵系统进行适宜性区划并进行了潜力计算。结果表明:罗庄区内浅层地热能开发利用适宜性中等区面积68.97 km^(2),占97.17%;适宜区内,0~120 m浅层地热能储存量1.882×10^(13)kJ/℃。研究区采取地埋管地源热泵方式开采浅层地热能,冬季可供取暖面积2.56×10^(7)m^(2),夏季供可制冷面积1.56×10^(7)m^(2)。

中国省会城市浅层地热能开发利用条件及潜力评价

浅层地热能资源以其高效和环保的特点,近年来在中国得到了广泛的应用。地质条件、浅层地温场特征、岩土热物性特征等参数,是影响浅层地热能开发利用的重要参数。笔者在阐述浅层地热能开发利用条件的基础上,结合全国省会城市浅层地热能调查评价成果,对浅层地热能开发利用适宜性和资源潜力进行了评价。结果表明,在我国陆区范围内,恒温带温度受太阳辐射影响最大,恒温带顶板埋深与气温变化趋势相反,岩土体导热系数受岩性影响明显。中国浅层地热能资源主要用于建筑物供暖和制冷。我国31个省会城市80%的土地面积适宜利用浅层地热能,浅层地热能资源每年可开采量折合标准煤2.8亿t,可为供暖和制冷提供丰富的能源储备。按利用方式、需求程度将我国浅层地热能开发分为全年集中利用区、全年分散利用区、分散式冬季供暖区和分散式夏季制冷区4类。浅层地热能开发利用对推动中国绿色、低碳、节能型城市化发展,解决京津冀地区冬季雾霾和南方城市冬季供暖问题具有重要意义。

天津市浅层地热能开发利用动态监测网建设

天津是中国浅层地热能开发利用试点城市之一,目前已顺利完成试点工作,形成了"调查先行、规划跟进、工程示范、监测到位、政策保障"的"天津模式",动态监测作为其中一项重要的工作,取得了丰硕的成果。首先,结合天津浅层地热能地质条件和开发利用现状,制定了动态监测网的原则和技术要求;建设了地层温度监测站、运行系统监测站及两者皆有的监测站共11个,同时建立了天津浅层地热能开发利用试验基地及动态监测中心,采用GPRS网络实现了监测数据的无线传输;产学研相结合,研制了"分布串列式地层精细温度测量和传输采集系统"等监测设备、仪器及软件,共申报国家专利14项;在总结和分析建设经验的基础上,起草了《天津市地埋管地源热泵动态监测规程》。笔者认为,天津的工作成果,必将为其他省市开展浅层地热能工作提供宝贵的经验。

浅层地热能勘查评价

利用热泵技术开发利用浅层地热能正在快速发展,为了保证浅层地热能的合理开发和可持续发展,必须进行勘查评价。区域浅层地热能调查查明区域浅层地热能资源数量、质量以及分布规律,进行开发利用区划,为浅层地热能可持续利用提供依据。地源热泵工程浅层地热能勘查为地下换热系统提供可靠的利用浅层地热能的依据。浅层地热能利用环境评价和经济评价是勘查中的必要内容。浅层地热能资源计算评价方法是本文首次系统提出的。

苏州市浅层地热能应用潜力评估与研究

介绍了浅层地热能应用潜力评估的方法,从影响浅层地热能开发的各项因素中确立浅层地热能适宜区分区的关键指标,通过GIS技术实现浅层地热能开发适宜性分区;并对苏州市进行了地埋管换热系统适宜性分区,计算了苏州各行政区浅层地热能单位温差储量和适宜区与较适宜区的总换热功率,为苏州市浅层地热能合理开发利用提供参考依据。。

许昌市浅层地热能评价

以线热源理论为基础,通过对许昌市城区不同区域岩土体进行垂直埋管试验,测试获取各岩土层热物性参数,计算浅层地热能可利用量和地热能储存量,为许昌市推广和发展土壤源热泵这一极具节能与环保潜力的浅层地热能应用提供理论基础和技术支撑。同时,通过对许昌市浅层地热能评价方法的介绍,为同类城市浅层地热能评价提供可借鉴的方法。

单井循环浅层地热能开发的概念模型与数学建模

单井循环换热地能采集井是浅层地热能开发的一种新型方式,本文给出了它的概念模型、数学方程、数值计算方法、计算模型、几何模型、包括常量和变量在内的各参数赋值方法等。把水文地质过程、水动力过程、传热传质过程统一在同一数学模型之中,并对单井循环浅层地能开发中有关概念模型的一些具体问题进行了详细分析,为今后科学高效地开发这种绿色新型能源提供了理论依据。

太阳能-浅层地热能复合能源系统监控平台开发

为了满足太阳能-浅层地热能复合能源系统的实验研究要求,开发了太阳能-浅层地热能复合能源系统监控平台。下位机采用SIMATIC S7-300 PLC可编程控制器实现现场温度、压力、流量、功率和电能等信息的实时采集和热泵机组、水泵和电磁阀等设备的自动控制。上位机采用西门子可组态软件WINCC编程,通过TCP/IP协议获取三星DMS服务器热泵机组的信息,并通过Profibus现场总线与下位机实时通信,实现太阳能-浅层地热能复合能源系统的远程动态监控、历史数据查询和数据报表输出等功能。该实验平台共包括地源热泵系统、太阳能辅助地源热泵系统和太阳能蓄热系统,功能全面、开放性强,能满足创新探索型实验教学的需要,为大学生创新训练计划、研究生培养和教师课题研究等提供高水平研究平台。

我国能源供给与消费优化精准配置探讨——以浅层地热能与建筑物供暖制冷配置为例

当前我国面临着资源约束矛盾突出、能源利用效率低和应对气候变化等问题。要圆满解决这些矛盾和问题,不仅需要能源消费侧和供给侧的革命,而且消费侧与供给侧之间能源如何优化精准配置也同样十分重要。本文系统地阐述了能源供给与消费优化精准配置的原理和内涵;以建筑物供暖与制冷能源需求为例,科学地分析了浅层地热能为建筑物供暖制冷在品位上、空间上和时间上配置的合理性。在新时代推进能源生产和消费革命的背景下,开展我国能源供给与消费优化精准配置研究,对更好地积极应对能源、环境与经济带来的挑战具有战略性意义,对提高我国能源利用效率有重要现实意义。