广西浅层地温能资源潜力评价及开发利用模式探讨

广西赋存丰富的浅层地温能资源。文章在分析广西地级市浅层地温能赋存条件的基础上,经过野外现场钻探及热响应试验研究,获取了地层岩性及热物性等相关参数,并对这些城市的浅层地温能资源量进行分区计算,结果显示,广西地级市在200m深度范围内的浅层地温能总热容量为14.91×10~(14)kJ/℃。地下水热泵系统换热功率为41.0×10~6kW,地埋管热泵系统换热功率为85.18×10~6kW。同时,针对冬无严寒、夏季炎热的浅层地温能制冷及制热水耦合开发利用模式进行分析,为广西的浅层地温能开发利用提供参考。     

汶泗河冲洪积扇松散层现场热响应试验数据分析及应用——以兖州市南郊试验场为例

现场热响应试验是获取岩土体热物性参数的主要方法之一,可为试验场区地源热泵工程地埋管换热器类型及长度的选择,浅层地热能评价和开发利用提供基础数据。该文系统介绍了现场热响应试验的目地任务、试验装置、原理、内容和步骤,数据处理方法,并以位于汶泗河冲洪积扇中上流地区的兖州市南郊试验场松散层现场热响应试验为例,介绍了试验场区水文地质条件,试验过程、试验数据分析及应用。     

烟台市城区浅层地热能评价

浅层地热能是一种可再生的新型环保能源,近年来浅层地热能开发利用受到烟台当地政府的高度重视。该文在系统搜集烟台市城区基础地质、水文地质、地热地质等资料的基础上,通过采用抽水试验、回灌试验、现场热响应试验等工作手段,基本查明了浅层地热能开发利用涉及的地下水富水性特征、地下水回灌系数、岩土体热物性参数及岩土体结构等系列基础条件。采用层次分析法与模糊数学法对烟台市城区地下水源热泵与地埋管地源热泵两种浅层地热能开发利用方适宜性进行了评价,其中地下水地源热泵适宜区分布于牟平城北部,面积约53.66km~2;较适宜区分布于黄垒河、柳林河、夹河、辛安河等河流下游地区,面积约91.99km~2;地埋管地源热泵适宜区分布于调查区大部分地区,面积约739.09km~2;较适宜区分布于区内冲洪积平原和丘陵地区,面积约261.58km~2;不适宜区分布于福山邢家山、王家庄一带,面积合计2.29km~2。经概算烟台市城区100 m以浅,浅层地热容量为165.41×10~(12)kJ/℃,其中适宜区浅层地热容量为120.76×10~(12)kJ/℃,较适宜区浅层地热容量为44.26×10~(12) kJ/℃。城区地下水地源热泵系统适宜区与较适宜区冬季换热功率为24.40×10~5 kW,夏季换热功率为48.80×10~5 kW;地埋管地源热泵系统适宜区与较适宜区夏季换热功率为1.04×10~8 kW,冬季换热功率为0.79×10~8 kW。该成果为促进烟台市节能减排,新旧动能转换提供了翔实可靠地基础数据。     

人工地下水流场提高地埋管换热性能分析与模拟:以福建某地区为例

我国南部的气候冬暖夏热，地埋管式群管换热器夏季和冬季所释放或吸收的热量无法达到均衡，运行期间造成的累热效应对地温场的影响不容忽视。针对这个问题，在得出地埋管系统最优设计参数的基础上，提出在换热管附近施加人工流场的优化方案。结合实际工况，利用数值法对优化前后地埋管周围地温场的变化特征进行了水热耦合模拟，对累热效应的影响程度和人工流场的优化效果进行了验证。结果显示，优化前，地埋管运行２０ａ后岩土体的平均温度相对初始地温上升了２２．０５％，地埋管对地温的影响范围有扩大趋势，受地下水流向的作用存在热迁移现象；优化后，地埋管附近平均地温的上升幅度较优化前降低了４６％，温度羽也被人工流场束缚于抽水井附近相对较小的区域，没有引起大面积的地温抬升现象。因此这种设置人工流场以缓解累热效应的方法可在适宜地区进行推广。      

山东省黄河北松散地层现场热响应试验数据分析及应用

现场热响应试验是获取岩土体热物性参数的主要方法之一,可为地源热泵工程中地埋管换热器类型及长度的选择、浅层地热能评价和开发利用提供基础数据。该文系统介绍了现场热响应试验的目的、技术方法、数据处理方法,并以位于山东省茌平地区的现场热响应试验为例,介绍了试验现场的实验过程、试验数据分析及应用。确定了在钻孔间距4～5m时单位延米换热量最佳,并以2号孔为例,采用非稳态数值模型计算了冬季延米换热量为-29.4W/m、夏季延米换热量为41.3W/m。     

泗河冲洪积扇松散岩土体地温场自恢复能力研究

泗河冲洪积扇区域分布厚层松散岩土体,浅层地温能开发利用潜力巨大,查明地温场的温度自恢复能力并分析其影响因素,对地源热泵工程换热器的设计具有重要参考价值。笔者开展了多组现场热响应试验,并采用高精度测温线缆,长期监测地埋管换热器周边不同岩性、不同深度岩土体温度变化情况,以查明其变化规律。研究表明:在同种工况下,砂性土的温度恢复能力要远强于粘性土,地温的恢复主要发生在负荷停止的初期。研究区粘性土温度自恢复能力差,岩土体热物性参数、地下水径流条件、埋管循环水温度、气温及变温带深度是影响地温场恢复能力的因素。     

均质地层非稳态热传导特征分析

基于在均质地层场地内进行的热响应试验,此文通过对地埋管热响应试验观测孔不同深度地温数据与稳态温度场理论分析特征对比,从时间和空间两方面总结了非稳态下均质岩体内竖直地埋管周围的热传导特征。分析发现:该次试验竖直地埋管排热过程中周围地层非稳态地温场的分布特征与根据公式求得的均质无限大介质中线热源排热形成的稳态地温场分布在空间分布形态上有一致性;持续排热工况下竖直地埋管的影响半径为一动态数值,与排热持续时间相关性较大。     

光纤测温技术在地温场监测中的应用

换热功率计算通常采取热响应试验的方式,仅仅通过热响应试验方式无法直观反映地下不同介质换热性能的差异,光纤测温系统恰恰能弥补这种不足。光纤测温监测与热响应试验相结合这种新技术的应用,在黄泛平原尚属首次,论文通过热响应试验期间的光时域光纤监测,取得了翔实数据的基础上,对比分析了不同岩土层介质的换热性能,采取了光纤地温测量这种新型监测手段,对换热试验前及试验期间地温场变化进行了监测,对合理利用浅层地温能这种新能源提供了参数支持。     

流体流量对竖直地埋管深度的影响

《浅层低温能评价规范》对浅层低温能的定义为:地表深度不超过200 m,温度不超过25℃。《地源热泵工程技术规范》也未对利用的钻孔深度做具体要求。根据实际工程经验与计算,常用100~120 m。其影响深度的因素主要有:地层可钻性,如钻孔越深,可钻性差,相对成本提高;管道直径也影响水流阻力,深度较大则驱动水流功耗增大;管道间距的大小对热短路、回填材料热物性参数等产生较大的影响。该文将根据传热基本原理,进行各种影响因素分析,通过建立数值传热模型,求解一定条件下的换热能力,分析各参数之间的关系,以便于工程设计参考,有助于浅层低温能工程推广应用。     

德州市浅层地温能资源潜力评价

随着我国社会经济的快速发展,对能源的需求大幅增加,供需矛盾越来越突出,煤炭、石油、天然气等常规能源的大量消耗对环境造成的压力也越来越大。浅层地温能是一种可再生的新型环保能源,逐步受到各级政府及社会各界的重视。通过对德州城区浅层地温能赋存条件的分析,利用试验测试数据对浅层地温能热容量进行了计算,并在适宜性分区在基础上,进行了浅层地温能资源潜力评价。结果表明,德州城区120 m深度内浅层地热容量为8.525×10~(13)k J/℃,相当于291万t标准煤。整个德州城区为地下水换热系统不适宜区,而适宜地埋管换热系统。在地埋管换热系统适宜区内,120 m深度范围内考虑土地利用系数,计算得出夏季换热功率为339.18万k W,冬季换热功率为343.22万k W。夏季可制冷面积4.845×10~7m~2,冬季可供暖面积6.240×10~7m~2。     

鲁西地区不同岩性地层热响应试验结果浅析

为研究地埋管换热器在不同岩性地层的换热情况,在鲁西黄河冲洪积平原、山前冲洪积平原和低山丘陵区进行了以粉土、粉质粘土、细砂,粘土、粉质粘土、中粗砂,灰岩和花岗岩为研究对象的热响应试验,初步试验结果表明:每延米换热量(W/m)和平均热导率(W/m·k)花岗岩灰岩粉质粘土、中粗砂粉土、粉细砂。在岩溶地下水富水性强,径流速度快的地段灰岩平均热导率花岗岩。此项研究结果可为不同岩性地层浅层地温能开发利用工程地埋管换热器类型的选择,浅层地温能评价和开发利用提供基础数据。     

章丘区浅层地温能资源研究与评价——以地埋管换热方式为例

通过对章丘区浅层地温能赋存条件的研究,结合现场热响应试验、岩土样品测试等数据,采用层次分析法和指标法对研究区进行了地埋管地源热泵系统开发利用适宜性分区,并概算了浅层地温能资源量、评价了开发利用资源潜力、进行了经济和社会效益分析。结果表明:适宜性区面积76.38km²,占研究区面积的95.48%;适宜区内120m以浅浅层地温能热容量21.3228×10¹²kJ/℃。研究区全部利用地埋管地源热泵系统,夏季可制冷面积5353.1278×10⁴m²,冬季可供暖面积6504.6662×10⁴m²。浅层地温能开发利用潜力巨大,经济和社会效益明显。     

浅层地热能开发利用地质环境影响与监测系统建设研究

浅层地热能的开发利用能取得的环境、社会和经济效益显著,已被社会广泛认可。但它的开发利用是通过热泵系统,从地质体中汲取地温资源与建筑物间进行能量交换,必然打破地质环境的自然生态平衡。该文分析了地源热泵工程对岩土体和地下水的温度、地下水水位、水质、微生物生存环境等产生的影响。介绍了地质环境监测系统建设内容,包括前端数据采集系统、数据传输系统和控制系统,重点介绍了地埋管和地下水2种不同换热方式热泵工程各自前端数据采集系统中地质环境监测点(孔)平面布置位置和数量、垂向上监测仪器的深度和间隔距离、主要的监测项目、监测精度、频率要求,以及利用监测数据可进行分析的内容等。     

毛乌素湖盆滩地湖水与地下水交互作用分析

湖水与地下水交互作用对于水资源合理开发与利用有着重要意义。基于温度示踪的原理，采用解析法、数值法2种方法，分析了湖床底部埋深0~0.4 m湖水与浅层地下水交互关系，并与水动力学方法进行了对比。结果表明，2018年5月20日至28日，湖水与地下水之间的垂向渗流速度为2×10-7~1×10-6 m/s，且在埋深0.4 m时大于埋深0.2 m处。降水会对解析法的结果造成一定影响，0.4 m处受到降雨影响表现为一定的滞后性。无降雨干扰情况下，数值法与水动力学方法估算结果较为吻合，且3种方法的计算结果处于同一数量级。同时，湖床沉积物体积热容和孔隙度2种参数对计算结果影响较大。在半干旱地区湖水与地下水交互研究中，数据较完备时，数值模拟法是更好的选择。      

雄安新区高阳地热田东北部深部古潜山聚热机制

为查明雄安新区深部碳酸盐岩热储的赋存特征与聚热机制,中国地质调查局近两年组织实施的雄安新区地热清洁能源调查评价工作,综合地温场背景、深部地质结构、凹凸相间构造格局、深浅断裂系统控热导热、地球物理场特征、区域水动力场、水化学场与温度场的多场耦合指示等综合探测手段,分析总结了高阳地热田东北部深部古潜山地热资源的最新勘查成果,阐述了雄安新区深部高温古潜山热田的聚热机制:①受太平洋板块向西俯冲影响,华北克拉通东部破坏明显,岩石圈、地壳厚度大嵋减薄,有利于幔源热向浅部的传导;②区域马西断层等深大走滑断裂切穿了岩石圈,有利于深部的幔源热物质和深部岩浆上侵入地壳;③热流由低热导率的凹陷区向高热导率的凸起区聚集,地下水沿断裂的深循环对流加热,区域岩溶地下水的汇流区等也有一定的聚热效应。在雄安新区深部碳酸盐岩热储聚热机制理论指导下,在高阳地热田东北部古潜山布设施工了两眼高温、高产地热井,井口水温分别达到109.2℃,123.4℃,揭示验证了雄安新区深部存在地热开发的第二空间——蓟县系碳酸盐岩热储,深部碳酸盐岩地热水温度高、流量大、开发潜力巨大。研究成果对雄安新区乃至华北盆地高温、高产地热井位的布设与深部碳酸盐岩热储开发利用的科学部署具有很好的示范与指导意义。