為加強(qiáng)多種可再生能源綜合利用，將不穩(wěn)定的風(fēng)能、太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定連續(xù)的地?zé)崮埽纬苫?ldquo;地?zé)?”多能互補(bǔ)模式的研究，目前以中國(guó)科學(xué)院團(tuán)隊(duì)為主體承擔(dān)的國(guó)家戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)資助項(xiàng)目---深層含水層地下儲(chǔ)熱技術(shù)研究已從理論模型研究進(jìn)入到技術(shù)研發(fā)和工程示范階段。

今年年初，中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所黃永輝博士、龐忠和教授等共同撰寫(xiě)的論文《深層含水層地下儲(chǔ)熱技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與展望》發(fā)表，獲得了業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。文章介紹了中科院深層含水層地下儲(chǔ)熱技術(shù)研究進(jìn)展的情況以及該團(tuán)隊(duì)提出的地下儲(chǔ)熱相關(guān)設(shè)想及展望。

“深層含水層地下儲(chǔ)熱技術(shù)研究”課題研究的背景和意義是什么?這項(xiàng)技術(shù)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)是什么?深層含水層儲(chǔ)熱技術(shù)發(fā)展?jié)摿笆袌?chǎng)前景如何?日前，《地源熱泵》記者采訪了中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員龐忠和。

基于“地?zé)?”多能互補(bǔ)模式研究

——由淺層含水層儲(chǔ)熱向深層含水層儲(chǔ)熱拓展

含水層儲(chǔ)熱是一種利用地下含水層作為介質(zhì)將熱能存儲(chǔ)于地下含水層中的儲(chǔ)能系統(tǒng)。它通過(guò)地下水井從含水層中抽取和灌入地下水實(shí)現(xiàn)熱能儲(chǔ)存和開(kāi)采利用。根據(jù)含水層所處深度，可將含水層儲(chǔ)能系統(tǒng)分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是淺層含水層儲(chǔ)能,含水層深度在500米以淺,存儲(chǔ)熱水溫度一般低于50℃;另一類(lèi)是深層含水層儲(chǔ)能,含水層深度通常在500米以深,存儲(chǔ)熱水溫度一般為50~150 ℃。

資料顯示，我國(guó)在利用淺層地下含水層進(jìn)行儲(chǔ)熱方面的實(shí)踐開(kāi)展得較早。如20世紀(jì)60年代，上海為了控制工業(yè)上過(guò)度抽取地下水所引起的地面沉降,進(jìn)行了地下水的人工補(bǔ)給,同時(shí)開(kāi)展了“冬灌夏用”和“夏灌冬用”的地下含水層儲(chǔ)熱技術(shù)。

基于淺層含水層的儲(chǔ)熱方式具有成本低的優(yōu)勢(shì),但因其工作溫度較低、規(guī)模較小,儲(chǔ)熱能力有限, 且有污染地下飲用水的潛在風(fēng)險(xiǎn)。近年來(lái)，世界范圍內(nèi)開(kāi)始嘗試替代方法,即基于深層含水層的高溫儲(chǔ)熱模式。

龐忠和說(shuō)，從全世界范圍來(lái)看，目前各國(guó)做的以淺層含水層儲(chǔ)熱工程居多，深層含水層儲(chǔ)能都是剛剛起步。截至2017年,全世界范圍內(nèi)已建成2800多組淺層含水層儲(chǔ)熱系統(tǒng)，其中我國(guó)有6處已建成并投入使用。

目前，我國(guó)在含水層儲(chǔ)能技術(shù)上的研究和實(shí)踐多局限于淺層，隨著需求的擴(kuò)大，以中科院團(tuán)隊(duì)為主體承擔(dān)的深層含水層地下儲(chǔ)熱研究項(xiàng)目已啟動(dòng)，其深度將達(dá)到500米或者1000米深左右。“我們這個(gè)項(xiàng)目計(jì)劃是四年時(shí)間，今年是第二年，前兩年做技術(shù)研發(fā)，后兩年做示范工程。”龐忠和說(shuō)。

開(kāi)展深層含水層地下儲(chǔ)熱研究的意義在于，一方面為了補(bǔ)充中深層含水層的目的，實(shí)現(xiàn)中深層地?zé)豳Y源的可持續(xù)利用;另外一方面可以彌補(bǔ)能源供需在時(shí)間/空間分布的不平衡，能夠綜合利用多種可再生能源形式，將不穩(wěn)定的能源如風(fēng)能、太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定連續(xù)的地?zé)崮埽纬苫?ldquo;地?zé)?”的多能互補(bǔ)模式。

我國(guó)深層含水層儲(chǔ)熱研究獲新進(jìn)展

——地下儲(chǔ)能已從理論研究邁入技術(shù)研發(fā)階段

深層含水層儲(chǔ)熱技術(shù)具有儲(chǔ)熱容量大、儲(chǔ)熱效率高、造價(jià)低等優(yōu)勢(shì),是一種較為理想的大規(guī)模跨季節(jié)儲(chǔ)能方式。“與淺層含水層儲(chǔ)能相比，深層含水層儲(chǔ)能系統(tǒng)較為安全，具有空間大、環(huán)境溫度比較高、保溫性能比較好優(yōu)勢(shì)，同時(shí)可以利用原地的地?zé)豳Y源，原有的能量結(jié)合起來(lái)用，這個(gè)優(yōu)勢(shì)是顯著的。”

目前國(guó)外深層含水層儲(chǔ)能工程應(yīng)用比價(jià)少，主要集中在歐洲。龐忠和告訴記者，他曾參觀歐洲的一些創(chuàng)新性國(guó)家如瑞士、德國(guó)，這些國(guó)家在開(kāi)展深層含水層儲(chǔ)熱方面的研究工作。“瑞士在做一個(gè)500米左右的砂巖層的儲(chǔ)熱項(xiàng)目。德國(guó)有一個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)運(yùn)行十余年了，目前這個(gè)項(xiàng)目運(yùn)行的情況比較好。”

關(guān)于我國(guó)深層含水層儲(chǔ)能研究進(jìn)展情況，龐忠和介紹，目前以中國(guó)科學(xué)院團(tuán)隊(duì)為主體承擔(dān)的深層含水層地下儲(chǔ)熱技術(shù)研究已從理論模型研究進(jìn)入到技術(shù)研發(fā)階段。“目前這個(gè)項(xiàng)目的理論模型基本有了，現(xiàn)處于技術(shù)研發(fā)階段，技術(shù)研發(fā)的著力點(diǎn)是提高其效率，保證儲(chǔ)存順暢運(yùn)行。”龐忠和說(shuō)。

“目前中科院團(tuán)隊(duì)已做了一些初步的研究，這為前期的技術(shù)研發(fā)工作做了一些很好的鋪墊。”他表示，現(xiàn)在可以開(kāi)展實(shí)際的項(xiàng)目，針對(duì)當(dāng)?shù)氐木唧w條件來(lái)做一套設(shè)計(jì)和相應(yīng)的方案，通過(guò)不斷的調(diào)試和優(yōu)化，來(lái)提高其效率，這是該項(xiàng)目不斷放大規(guī)模的一個(gè)嘗試。

不科學(xué)的開(kāi)采地?zé)崽锿鶗?huì)導(dǎo)致地下水位下降外，還存在溫度下降的問(wèn)題。龐忠和解釋說(shuō)，這個(gè)是一個(gè)熱平衡的問(wèn)題，“你的開(kāi)采量不能超過(guò)含水層熱量的補(bǔ)充，那么在你開(kāi)采量不大的時(shí)候能夠掌握，比如雄縣，我們持續(xù)觀測(cè)了四五年，目前沒(méi)有發(fā)現(xiàn)特別明顯降溫的現(xiàn)象，但是隨著地?zé)衢_(kāi)采量的擴(kuò)大和開(kāi)采時(shí)間的延長(zhǎng)，將來(lái)在雄安新區(qū)整個(gè)范圍內(nèi)地?zé)嵝枨罅繒?huì)不斷的增加，到那個(gè)時(shí)候可能就會(huì)出現(xiàn)供應(yīng)不上的問(wèn)題，那么這時(shí)就需要對(duì)它進(jìn)行能量補(bǔ)充，能量補(bǔ)充能夠擴(kuò)大其供暖的能力。”

深層含水層儲(chǔ)熱市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊

——將不穩(wěn)定的能源轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定連續(xù)的地?zé)崮?/strong>