[00883341]浅层地热能高效可持续开发关键技术及应用

该项目属新能源与节能领域。浅层地热能作为可再生能源，蕴藏量、市场潜力巨大，其大力开发利用对解决城市雾霾、实现节能减排至关重要。然而，该资源禀赋识别不清、开发规模小、能效低、系统性能逐年恶化、环境效应与资源浪费问题突出。2004年以来，在国家自然基金、相关调查规划、科技攻关、国际合作等项目持续资助下，历经10余年研究探索，主要创新性成果： (1)创新理论、装备与评估方法，推动资源禀赋精细识别与因地制宜高效开发：突破多孔介质热物性模型假设，揭示了土体成因与内在结构对其宏观热物性影响机理；提出了关键换热地层与换热器理想埋深概念，研发了分层热物性与换热能力计算方法并测试系统；开发了首套浅层地热能资源评估系统。应用于国家、地方多个城市调查计划及重大工程，识别出不同区域优势资源禀赋与理想地层，为因地制宜高效开发提供了理论技术支撑。 (2)解决能源地下结构理论难题，突破中国城市建筑密集的浅地热开发制约：中国城市建筑密度高，传统地埋管技术没有足够场地钻孔。利用地下结构提取地热能，可不钻或少钻孔，但其诱发地下结构承载力变化是国际挑战性难题。研发了能源地下结构综合试验平台，通过大尺度模型与原位试验揭示了其荷载传递、结构与围岩相互作用机理，提出了能源地下结构热力耦合内力计算方法，改进了能源地下结构换热效率与施工技术，拓展了建筑密集区浅层地热能开发潜力。 (3)研发关键技术与开发模式，实现浅层地热能资源规模化、高效可持续开发：针对大量系统性能逐年恶化、环境效应不断涌现的严峻问题，识别出九种典型浅层地热能开发诱发的环境效应影响模式，建立了近似动态地埋管冷热堆积预测计算方法，开发了地源热泵优化设计软件系统，主编了首部《浅层地热能开发利用地质环境监测规范》；通过热湿解耦末端处理技术实现了高能效开发与高品质供给；形成开式系统尾水处理与闭式系统水域抛管技术，通过机组改进、智能泵送与温差控制、热泵与蓄能结合实现了无需补热的低温取热和大规模输运能损降低，开创大型江水源热泵系统应用；探索建造运维一体的规模化开发模式与技术，降低成本并大大提高运行效率与资源利用率。 经国内国外院士专家鉴定：总体达国际先进水平、核心理论技术国际领先。该研究获专利32项(发明10项)、软件著作权7项，主/参编施工工法2项、标准4部，发表论文40篇。为多城市及省域浅层地热能调查规划、能源地下结构与大型开/闭式水源热泵系统的开创性应用、冷热堆积及其它环境效应预测监控、建造运维一体化高效开发等提供了技术支撑。成果已成功用于40余项大型工程，直接经济效益超过6亿元，节能减排效益巨大。应邀在新加坡国际地热研讨会、中科院前沿论坛等特邀报告30余次，科普宣传9000余人次，组织国际重要学术会议4次，为政府管理、院所科研、产业发展、公众认知提供了支撑，示范引领了浅层地热能资源精细识别与高效可持续开发，促进了学科发展与行业技术进步。