超長重力熱管開發中深層地熱能研究獲新進展

近日，中國科學院廣州能源研究所（以下簡稱廣州能源所）先進能源系統研究室在國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目的資助下，在超長重力熱管開發中深層地熱能研究方面取得新進展。相關成果發表于《能源》（Energy）。

論文共同通訊作者、廣州能源所研究員蔣方明表示，近年來，其研究團隊提出了利用超長重力熱管（SLGHP）開發中深層地熱能的技術，并已成功開展了多次現場實驗，但迄今還未有公開的實際應用案例。

太原超長重力熱管取熱系統示意圖。研究團隊供圖

據介紹，蔣方明團隊在山西太原小店區建造了面向建筑供暖應用的超長重力熱管地熱開發系統。該系統由相鄰的兩根長度（分別長2020米和2180米）相近的超長重力熱管與單個熱泵相結合；兩口地熱井相距30米，2000米深度的測井溫度均在63℃左右。布置在超長重力熱管外壁的光纖測得的熱管外壁溫度具有顯著的均勻性，表明重力熱管運行良好。

測試發現，超長重力熱管系統運行過程中，較長熱管比較短熱管所提取的熱量多70%。數值仿真分析揭示，較短熱管周圍地熱層的換熱基本遵循以巖體為主體的熱傳導模式，地下水對流的貢獻較小；較長熱管系統的井筒連通了地下1500米和2100米深度的孔滲層，產生了地下水的竄層對流，這一井下傳熱強化機制造成該地熱井較高的熱產出。

在此基礎上，該研究建立了超長重力熱管地熱系統數值模型并模擬了系統的長時運行過程。數值模擬結果表明，該系統首個采暖季（120天）能夠平均輸出1兆瓦的熱量，可滿足約25000平方米建筑的供暖需求；地下水竄層對流降低了超長重力熱管地熱供暖系統的衰減速率。連續供暖20年后，較短熱管系統熱輸出衰減率為20.4%，而較長熱管系統的熱輸出衰減率僅為6.8%。

相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.energy.2024.131521