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。

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。

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%。

天下冷暖,知于化学——化学能与热能的转化

冷热现象是人类最早观察和认识的自然现象之一。在自然界的能量转化现象中,化学能与热能的转化是常见形式之一。现代社会中,有很多相关应用给大众生活带来了极大的便利。本科普实验秉承着“应用化学,安全至上,造福社会”的理念,旨在通过简单的实验,激发普通大众对化学的兴趣,帮助他们正确认识化学,了解化学反应可能存在的安全风险,并培养其正确的安全意识。实验围绕化学反应中两个特征鲜明的反应:吸热反应(氯化铵与氢氧化钡反应)和放热反应(发热包与水反应),针对不同知识背景的受众,设计了不同的呈现形式(如趣味实验——气球捏捏冰、情景剧——碘-淀抱抱乐),在幼儿园、中学和社区开展了多场主题科普教育活动。实验通过这些活动向大众展示了化学能与热能之间相互转化的奇妙现象,普及了相关安全常识,使不同的受众真切地感受到了化学的无穷魅力,同时也提高了他们的安全意识。

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。

需求侧管理下带有热泵和储能的混合光伏/热能耦合系统全季节运行优化分析

针对建筑能源消耗过高问题,文章在独栋建筑中构建了带有热泵和热能储存的混合光伏/热能耦合系统,将其与需求侧管理概念相结合,开发了一个动态模拟模型描述其运行性能,进而对需求侧管理进行配置优化,分析了不同配置下的成本和能源使用情况。结果表明,需求侧管理下耦合系统上网电量占总发电量比率相比无储能系统在供暖、供冷季白天分别提升了23.96%,7.07%,索取电量在夜间大幅提升,总体增加了5.07%,104.50%,系统电力负荷调控能力良好,水箱温度设定点在供暖季及供冷季分别为43,24℃,是所有优化配置中总能耗最低的,比没有PVT和水箱的系统,年能耗降低41.77%,比不实施管理策略的节能率提高了7.10%。储能期消耗的电量在供暖、供冷季约占总耗电量的50.9%,72.7%。需求侧管理配置优化能够进一步降低系统能耗,特别是那些具备节能优势的系统,这对节能降耗具有良好的现实意义。

新时代下热能与动力机械制造工艺学课程思政教学改革与实践

理工科专业的课程思政教学是实现全员育人、全程育人、全方位育人的重要途径。热能与动力机械制造工艺学作为能源动力类专业的核心课程之一,在新时代背景下其思政建设显得尤为重要。该文围绕热能与动力机械制造工艺学课程,分析当前该课程教学中存在的问题;通过深入挖掘课程中的思政元素,将其有机融入教学内容和教学方法中,探讨课程思政存在问题的解决方案,并介绍该课程思政建设的实践成效。研究表明,深入挖掘专业课程的思政元素并将其融入教学,能够提升学生的思想道德素质、民族自豪感、社会责任感、历史使命感,同时也可促进学生对专业知识的学习。该文为新时代下能源动力类专业课程思政建设提供理论依据和实践指导。

“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。

“双碳”驱动高职院校热能动力工程技术专业人才培养方案的改革探索

针对榆林职业技术学院热能动力工程技术专业人才培养模式发展现状,文章通过调研探索当前数字经济背景下高职院校热动专业人才培养模式中存在的实际问题,改革教学模式,产教融合,打造先进的高水平数字化实训基地,优化“双高”师资队伍建设,形成“双碳”驱动下科学合理的热能动力工程技术专业人才培养模式,进而不断提升教学层次,提高教学效果。

节能降耗中热能与动力工程的实际运用研究

本文探讨了热能与动力工程在节能降耗方面的实际应用和面临的挑战,分析了热能损耗、凝气装置效率、节流调节问题、湿气损耗等关键问题,并深入探讨汽轮机重热利用、废水余热回收、锅炉蒸汽损失控制和调频方案选择等核心技术。通过对这些关键环节的细致剖析,揭示了热能与动力工程在提高能源效率和减少能源消耗方面的潜力。这些分析不仅阐明热能与动力工程中的技术挑战,也展现出实现节能降耗目标的多种途径。本文旨在为热能与动力工程领域的专业人士和研究者提供深入的洞见,助力于能源领域的可持续发展。

肉鸡舍热能循环利用系统设计及应用研究

为有效利用肉鸡舍内多余热能,降低肉鸡养殖臭气污染,设计了一款热能循环利用系统。该系统采用空气能机理和电催化脱氨工艺设计,并于东北地区评价了该系统在肉鸡舍的热回收和除臭效果。试验舍采用2套相同的热能循环利用系统通风,对照舍采用常规负压风机通风。试验结果表明:与对照舍相比,热能循环利用系统可使新风平均温度提高2.19℃;NH_(3)、CO_(2)平均浓度分别显著下降0.91和272 mg/m^(3)(P<0.05),NH_3去除率达55.96%;热回收效率达64.00%。该系统可有效提高肉鸡养殖舍内温度,降低舍内NH_(3)和CO_(2)浓度;热回收和除臭效率较高,具有良好的节能减排效果。

考虑P2G热能利用的区域综合能源系统优化运行

提高区域综合能源系统的运行经济性以及降低系统的碳排放量,提升对风光等清洁能源消纳能力和能源利用效率,考虑现有电转气技术的能量转换过程中热能损失问题,提出了新型包含回收热能再利用的电转热气方案,以系统运行总成本最小为优化目标,建立了含电转热气的区域综合能源系统模型。应用基于莱维飞行优化的粒子群算法以提高求解过程的收敛速度和准确性。最后,以北方某区域综合能源系统为算例,通过仿真结果验证采用电转热气模型有效提高了综合能源系统对清洁能源利用情况,降低系统的综合运行成本和碳排放量。

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。

热泵技术在化工生产低位热能回收中的研究应用

针对蒸汽冷凝液中未被溴化锂冰机利用完的废热(70℃左右)回收利用的难题,研究了吸收式热泵技术在低位热能回收中的应用、冷凝液余热回收利用、闪蒸等废热回收利用等,热泵技术在化工生产低位热能回收中的研究及应用方面将几者相结合,不仅回收了大量的低温能源热量,而且解决了闪蒸冒白烟的问题,同时减少了新鲜蒸汽和循环水的消耗,通过实际应用达到了综合利用的效果,节能和环保效果显著,具有较高的推广价值。

耦合余热回收下电站锅炉尾部烟气热能高效梯级利用系统设计

针对电站锅炉尾部烟气热能利用效率较低,梯级利用数值模拟过程与全尺度数据分析过程偏差较大的问题,设计了一种耦合余热回收下的电站锅炉尾部烟气热能高效梯级利用系统。实验结果表明,系统的最佳烟气热能高效梯级节点利用情况和热能梯级置换情况整体都保持在60%以上,采用热能阶梯式温差电站后,系统整体效率提高了约22%,证明了所设计系统的使用优越性。

基于土壤微热能供电的多功能长椅设计

该文基于人们对产品多功能化需求以及国家“双碳”政策,针对现今人们户外运动随身物品存放难,公共场所缺少安全遮阳避雨的设备以及充电设施少等难题,采用Creo软件设计一款基于土壤微热能供电的多功能长椅,并对多个结构进行仿真与实验验证,分析座椅椅面及储物柜门的受力分布和进行土壤微热能温差发电模块的实验测定。结果表明,该设计可实现储物充电,供座休息以及遮阳避雨等功能,具有结构紧凑、安全可靠、成本低等特点,具有广泛的社会利用前景和巨大的市场推广价值。

医院消毒供应中心热能回收系统能源利用分析

围绕浙江大学医学院附属口腔医院新院区的热能回收系统,分析了整个系统运行过程中热量的焓减等情况,得出相比于直接使用医院热水,能耗大幅降低,与医院传统制热水系统相比,可减少二氧化碳、二氧化硫、一氧化二氮等污染物。

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。