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地熱建筑清潔供能技術發(fā)展現狀及展望

地大熱能：隨著全球能源危機加劇和環(huán)境污染問題的日益嚴峻，尋找清潔、可再生的能源供應解決方案已成為世界各國的共識。作為與光、風、水、核并稱的五大非碳基清潔能源之一，地熱能因具有穩(wěn)定持續(xù)、安全可靠、儲量巨大等特點，近年來獲得了產業(yè)界的廣泛關注。人的一生有70 % ~ 90 %的時間在建筑中度過，實現近零碳室內環(huán)境營造與建筑清潔供能具有重要意義，地熱建筑清潔供能技術正是在這一背景下應運而生，并在雙碳目標驅動下迅速迭代發(fā)展。


依照發(fā)展時間及技術成熟度劃分，可將地熱建筑清潔供能技術劃分為傳統(tǒng)地熱利用技術與新型地熱利用技術。傳統(tǒng)地熱利用技術包括水熱型地熱供熱技術和淺層地源熱泵技術，這些技術目前已有較大規(guī)模的項目應用，技術成熟度較高。隨著鉆完井技術進步及成本不斷下降，開展地熱利用的經濟性深度水平不斷加深，近年來逐漸涌現出中深層閉式地埋管、中深層重力熱管等新型地熱利用技術，為建筑清潔供熱提供了參考解決方案。此外，增強型地熱系統(tǒng)及高焓熱儲中深層水熱型地熱發(fā)電技術也在不斷發(fā)展進步，未來將為清潔電力供應體系及分布式零碳建筑冷熱電聯供系統(tǒng)構建提供支撐。


水熱型地熱供熱技術和淺層地源熱泵技術已有較長時間發(fā)展歷史，當前實踐應用及科學研究多聚焦于解決制約技術使用能效的高效回灌及地下冷熱平衡控制問題。對于水熱型地熱供熱技術而言，使用盡量小的成本代價實現水熱型地熱利用系統(tǒng)的高質量尾水回灌對項目長期穩(wěn)定運行至關重要。采用精細化儲層評估及數值模擬等方法合理設計多井聯動抽采回灌方案，并開展運行參數動態(tài)監(jiān)測研究十分必要。對于淺層地源熱泵技術而言，基于建筑動態(tài)負荷需求開展針對大型淺層地埋管群耦合熱泵的長期巖土熱平衡分析并構建動態(tài)性能感知及運行調控體系則是實現系統(tǒng)長期高效運行的關鍵保證。

對于新型地熱利用技術，中深層閉式地埋管供熱技術近年來在我國北方發(fā)展迅速，技術推廣應用面積已超2500萬平方米。中深層重力熱管技術也已有多個工程示范項目落地。在國內外研究團隊開展的大量科學研究與大量工程實測結果基礎上，繼續(xù)開展匹配建筑側負荷需求及項目所在地地質地熱條件特征的高效設計參數優(yōu)化，對于進一步降低中深層閉式地埋管及重力熱管技術的使用成本具有重要意義。羊易地熱發(fā)電站的穩(wěn)定運行以及青海共和干熱巖項目的壓裂試驗研究在探索低成本地熱發(fā)電技術商業(yè)化推廣的道路上邁出了堅實步伐。


跳出技術分類的制約，從建筑實際需求特性出發(fā)，構建多能耦合地熱建筑清潔供能體系對精準匹配大型工業(yè)園區(qū)、商業(yè)綜合體、城鄉(xiāng)住宅、農業(yè)溫室大棚等特定場景的供能需求而言十分必要。通過合理配置淺層地源熱泵、中深層水熱/地埋管地熱供熱、太陽能光伏光熱、儲熱儲冷及調峰系統(tǒng)，引入運行參數智慧感知及多能耦合能流可控調配優(yōu)化技術，可大幅度削減地熱建筑清潔供能技術的投資成本，同時實現高效穩(wěn)定運行。此外，考慮到我國當前清潔電力調峰需求迫切，地熱供能系統(tǒng)天然具有穩(wěn)定性強、運行不受天氣時間等影響的優(yōu)勢，通過淺層地埋管、中深層地埋管/含水層儲能與地上儲熱儲冷裝置以及電網間的聯動配合，可實現地熱為核心的建筑多元清潔供能系統(tǒng)協(xié)同運行及電網需求側靈活動態(tài)響應，對于未來零碳建筑宏偉藍圖的實現具有重要支撐作用。


隨著國家及省市地區(qū)相關推動政策不斷出臺，我國地熱產業(yè)在碳達峰碳中和目標驅動下正處于高速發(fā)展期，地熱能將成為未來我國清潔能源利用體系的重要支撐。作為地熱利用及建筑節(jié)能領域科研工作者，大力發(fā)展地熱建筑清潔供能技術這一新質生產力是時不我待的責任和使命。當前我國地熱產業(yè)仍面臨產業(yè)鏈上下游聯動程度有限、產學研結合仍需提升、國際領域行業(yè)話語權不足等問題，但我國目前擁有國際范圍內最大的地熱能直接利用總量和廣闊的建筑清潔供能市場，通過聚焦行業(yè)重難點問題開展政產學研協(xié)同攻關，定會進一步提振行業(yè)發(fā)展動能，實現行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展，在世界地熱界提出具有我國特色且可復制推廣的中國方案。


地熱建筑清潔供能技術發(fā)展現狀及展望-地大熱能

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