建筑节能

地热建筑清洁供能技术发展现状及展望

地大热能随着全球能源危机加剧和环境污染问题的日益严峻,寻找清洁、可再生的能源供应解决方案已成为世界各国的共识。作为与光、风、水、核并称的五大非碳基清洁能源之一,地热能因具有稳定持续、安全可靠、储量巨大等特点,近年来获得了产业界的广泛关注。人的一生有70 % ~ 90 %的时间在建筑中度过,实现近零碳室内环境营造与建筑清洁供能具有重要意义,地热建筑清洁供能技术正是在这一背景下应运而生,并在双碳目标驱动下迅速迭代发展。


依照发展时间及技术成熟度划分,可将地热建筑清洁供能技术划分为传统地热利用技术新型地热利用技术。传统地热利用技术包括水热型地热供热技术浅层地源热泵技术,这些技术目前已有较大规模的项目应用,技术成熟度较高。随着钻完井技术进步及成本不断下降,开展地热利用的经济性深度水平不断加深,近年来逐渐涌现出中深层闭式地埋管中深层重力热管等新型地热利用技术,为建筑清洁供热提供了参考解决方案。此外,增强型地热系统及高焓热储中深层水热型地热发电技术也在不断发展进步,未来将为清洁电力供应体系及分布式零碳建筑冷热电联供系统构建提供支撑。


水热型地热供热技术浅层地源热泵技术已有较长时间发展历史,当前实践应用及科学研究多聚焦于解决制约技术使用能效的高效回灌及地下冷热平衡控制问题。对于水热型地热供热技术而言,使用尽量小的成本代价实现水热型地热利用系统的高质量尾水回灌对项目长期稳定运行至关重要。采用精细化储层评估及数值模拟等方法合理设计多井联动抽采回灌方案,并开展运行参数动态监测研究十分必要。对于浅层地源热泵技术而言,基于建筑动态负荷需求开展针对大型浅层地埋管群耦合热泵的长期岩土热平衡分析并构建动态性能感知及运行调控体系则是实现系统长期高效运行的关键保证。

对于新型地热利用技术,中深层闭式地埋管供热技术近年来在我国北方发展迅速,技术推广应用面积已超2500万平方米。中深层重力热管技术也已有多个工程示范项目落地。在国内外研究团队开展的大量科学研究与大量工程实测结果基础上,继续开展匹配建筑侧负荷需求及项目所在地地质地热条件特征的高效设计参数优化,对于进一步降低中深层闭式地埋管及重力热管技术的使用成本具有重要意义。羊易地热发电站的稳定运行以及青海共和干热岩项目的压裂试验研究在探索低成本地热发电技术商业化推广的道路上迈出了坚实步伐。


跳出技术分类的制约,从建筑实际需求特性出发,构建多能耦合地热建筑清洁供能体系对精准匹配大型工业园区、商业综合体、城乡住宅、农业温室大棚等特定场景的供能需求而言十分必要。通过合理配置浅层地源热泵、中深层水热/地埋管地热供热太阳能光伏光热、储热储冷及调峰系统,引入运行参数智慧感知及多能耦合能流可控调配优化技术,可大幅度削减地热建筑清洁供能技术的投资成本,同时实现高效稳定运行。此外,考虑到我国当前清洁电力调峰需求迫切,地热供能系统天然具有稳定性强、运行不受天气时间等影响的优势,通过浅层地埋管、中深层地埋管/含水层储能与地上储热储冷装置以及电网间的联动配合,可实现地热为核心的建筑多元清洁供能系统协同运行及电网需求侧灵活动态响应,对于未来零碳建筑宏伟蓝图的实现具有重要支撑作用。


随着国家及省市地区相关推动政策不断出台,我国地热产业碳达峰碳中和目标驱动下正处于高速发展期,地热能将成为未来我国清洁能源利用体系的重要支撑。作为地热利用及建筑节能领域科研工作者,大力发展地热建筑清洁供能技术这一新质生产力是时不我待的责任和使命。当前我国地热产业仍面临产业链上下游联动程度有限、产学研结合仍需提升、国际领域行业话语权不足等问题,但我国目前拥有国际范围内最大的地热能直接利用总量和广阔的建筑清洁供能市场,通过聚焦行业重难点问题开展政产学研协同攻关,定会进一步提振行业发展动能,实现行业健康可持续发展,在世界地热界提出具有我国特色且可复制推广的中国方案


地热建筑清洁供能技术发展现状及展望-地大热能

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