超长重力热管开发中深层地热能研究获新进展

近日，中国科学院广州能源研究所（以下简称广州能源所）先进能源系统研究室在国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助下，在超长重力热管开发中深层地热能研究方面取得新进展。相关成果发表于《能源》（Energy）。

论文共同通讯作者、广州能源所研究员蒋方明表示，近年来，其研究团队提出了利用超长重力热管（SLGHP）开发中深层地热能的技术，并已成功开展了多次现场实验，但迄今还未有公开的实际应用案例。

太原超长重力热管取热系统示意图。研究团队供图

据介绍，蒋方明团队在山西太原小店区建造了面向建筑供暖应用的超长重力热管地热开发系统。该系统由相邻的两根长度（分别长2020米和2180米）相近的超长重力热管与单个热泵相结合；两口地热井相距30米，2000米深度的测井温度均在63℃左右。布置在超长重力热管外壁的光纤测得的热管外壁温度具有显著的均匀性，表明重力热管运行良好。

测试发现，超长重力热管系统运行过程中，较长热管比较短热管所提取的热量多70%。数值仿真分析揭示，较短热管周围地热层的换热基本遵循以岩体为主体的热传导模式，地下水对流的贡献较小；较长热管系统的井筒连通了地下1500米和2100米深度的孔渗层，产生了地下水的窜层对流，这一井下传热强化机制造成该地热井较高的热产出。

在此基础上，该研究建立了超长重力热管地热系统数值模型并模拟了系统的长时运行过程。数值模拟结果表明，该系统首个采暖季（120天）能够平均输出1兆瓦的热量，可满足约25000平方米建筑的供暖需求；地下水窜层对流降低了超长重力热管地热供暖系统的衰减速率。连续供暖20年后，较短热管系统热输出衰减率为20.4%，而较长热管系统的热输出衰减率仅为6.8%。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.energy.2024.131521