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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

“地热资源开发技术及材料研发”虚拟专题

来源:煤田地质与勘探

地热能作为一种非碳基、清洁能源,具有稳定连续输出的优势,对实现“碳达峰”和“碳中和”的发展目标具有重要价值。近年来,期刊刊发了关于地热资源分布、地热发电利用等相关文章,现在整理出相关成果,供大家参考学习,助力推动和促进地热能开发利用。

行业视野

新能源

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  • 作者(Author): 王亚宁, 陆川, 王贵玲

    摘要:增强型地热系统(EGS)中高温岩石与流体之间的对流换热特征一直以来是干热岩(HDR)研究的重要基础内容。岩石导热热阻对裂隙对流换热特征具有重要影响。为研究其具体影响,综合运用理论解析与数值模拟2种研究方法,通过对解析解讨论以及建立数值模型,研究两平行光滑平板之间的换热规律。结果表明:流体速度、传热边界层充分发展时,局部努塞尔特准数Nux为定值,与其他因素无关;局部对流换热系数hx仅与流体热导率k和裂隙开度e有关,与其他因素无关。上下平板壁面热流恒定时,Nux为8.235;温度恒定时,Nux为7.54。然后建立多组导热热阻不同的岩石裂隙对流换热数值模型,发现岩石导热热阻增大,温度场进口段延长,对流换热系数h增大。岩石长度显著影响进口段占比,进而影响h的大小。h随着长度增大而减小;当岩石长度足够长时,进口段占比足够小,此时除k与e之外的参数对h基本没影响。并且发现实验室常用岩石长度为100 mm,而典型EGS工程中裂隙长度是米级的,建议室内实验重视岩石长度对裂隙对流换热特征的影响。
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    煤田地质与勘探
    2023年第03期
    102
    99
  • 作者(Author): 汪集暘, 孔彦龙, 段忠丰, 张吉雄, 罗昔联, 黄永辉, 罗娜宁, 程远志, 周楠, 张伟尊, 庞忠和

    摘要:开发煤田地热不仅可以改善煤田开采的温度环境,还可以通过地热能的清洁利用变“害”为“利”,尤其是在目前“双碳”目标下利用煤田采空区储能大有前景。评估获得我国主要赋煤区地热资源热储量为1.12×1019 kJ,折合标煤3 795.39 亿t,可采热储量1.71×1018 kJ,折合标煤569.31亿t。其中,华北赋煤区的可采热储量约占74.7%,特别西区(晋陕蒙宁分区)拥有神东、晋北、晋东、晋中、陕北、黄陇(华亭)、宁东7大煤炭基地,资源最为丰富,占近48.7%。进一步指出“煤−热共采”是煤田区地热开发利用的主要形式,包括充填埋管取热、采空区矿井水取热和深部煤矿含水层取热等。此外,提出将采空区以及排水后腾出来的空间作为“储层”加以利用是下一步的工作方向,并对回填(相变)材料储热、废弃煤田抽水蓄能和废弃煤田压缩空气蓄能做了详细评述。最后,对煤田热害防治技术进行了简要评述。总之,煤田规模化储能与热害防治和地热利用将成为煤田地热研究和开发利用的主要方向,是实现煤矿绿色转型和国家“双碳”目标的重要抓手。
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    煤田地质与勘探
    2023年第02期
    131
    133
  • 作者(Author): 温继伟, 侯珺泷, 刘星宏, 曾现恩, 项天, 陈昊天

    摘要:能源地下结构是将热交换管埋设在建筑基础构件和地下结构物中,兼具承载及换热功能的结构形式,在有效节省宝贵且不可逆的地下空间资源的同时,还能充分利用非碳基的连续稳定、安全清洁的地热能资源,这比传统的地源热泵更具优势。系统总结了能源地下结构的概念、优势、国内外研究及应用进展,重点阐述了能源隧道、能源桩(能源锚杆)、能源地下连续墙和能源综合管廊4种目前常见能源地下结构的现状。将地源热泵系统与煤矿巷道等矿区建设相结合,既能够对地热能资源进行综合利用,还可有效解决传统深部采矿掘进作业时的高温热害及寒区煤矿巷道的保温防冻难题,具有环保、低碳、节能、高效的显著优势,是实现绿色矿井建设及碳达峰碳中和目标的有效途径,可产生显著的经济效益、环境效益和社会效益。然而,现有能源地下结构的研究模型均有其适用性和局限性、研究结果与实际工况存在较大偏差、能源地下连续墙和能源综合管廊研究较少等是当前存在的主要问题,对于能源地下结构的研究工作应结合工程实际情况,并尽可能考虑所有因素对结构工程的影响,以期提升研究成果的精度和水平;此外,对煤矿巷道等矿区建设中运用能源地下结构的可行性和前景进行了探讨,在能源地下结构的基础上,进一步综合太阳能、风能等非碳基清洁能源构建复合能源利用系统也是值得尝试的思路;同时,还对能源地下结构在抗(减)震、抗爆和防火等方面的防灾减灾设计给出建议,可为能源地下结构及其在绿色矿井建设方面的研究、应用与发展提供参考。
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    煤田地质与勘探
    2022年第10期
    203
    148
  • 作者(Author): 申小龙, 李浩, 王伟, 成舟颖

    摘要:地热井回灌中,明确回灌压力(p,回灌压力水头)与回灌量(Q)的关系对区域地热绿色可持续开发极为关键。为明确这个关系,以关中西部眉县城区G102井回灌试验先期有关数据为基础,对其进行优化处理,确定3组数据。依据该数据绘制Q-p曲线图,基于压水试验5类曲线特征,判断曲线图可能为抛物线型、对数型及幂函数型。由此,绘制了3类曲线图,差分法判断曲线类型。在判断结果的基础上,应用均衡误差法获得对应方程的参数,并依据先期回灌量数据平均值的最大偏差,确定回灌量允许最大绝对误差范围,最后经过后期实例验证及误差分析。结果表明:(1)在研究区域,此方法所推得方程计算结果与实际相比未超出回灌量允许的绝对误差范围,且相对误差偏差小,可以满足回灌试验中对回灌量的评估。(2)相对误差具有先逐渐变小后变大的特征,出现这种特征的原因与储层的饱和度、压力及非均质岩体等因素有关,超出了方程所包含的约束。(3)结合研究区其他回灌井试验情况,确定该区域主要回灌地层为中元古界宽坪群时,Q-p曲线图为幂函数类型。该研究成果可为下一步该区域地热资源的有效开发提供一定的科学依据。
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    煤田地质与勘探
    2022年第06期
    91
    71
  • 作者(Author): 赵冠华

    摘要:为开发广西合山煤田地下热水资源,以水文地球化学方法为主,通过石英温标法估算地热储层温度,并推测地下热水循环深度,研究地下热水赋存规律。结果显示,合山煤田地下热水补给、径流和排泄受岩溶构造控制,以顺地层为主,穿层次之;接受大气降水入渗补给,水质为HCO3-Ca·Mg型;采用无蒸汽损失的石英温标法,估算热储层温度约80℃,识别出浅层地下水、浅层地下水与深部地下循环混合水和深部地下循环水3种类型;以井田内No.6 钻孔数据为例,800 m孔深以下为深层地下循环水,其热储层温度为63.44~79.41℃,循环深度在2 541~2 704 m,与实际地层埋深相差较小,估算结果可信度较高;在1 400 m以浅,有望探寻到水温约50℃热水;合山煤田地下热水的偏硅酸、温度均达到医疗要求;三、四煤层热导率低,孔隙率小,为热储层良好盖层;四煤层底板合山组下段和茅口组溶隙发育,为良好热水储层。研究成果对煤田地热资源的开发利用前景预测有一定的探索意义。
    煤田地质与勘探
    2021年第04期
    156
  • 作者(Author): 宋前进, 王刚, 许一川, 程磊

    摘要:为了研究深层地热能开发对热储层流场造成的影响,选取兰考县深层地热能开发为研究对象,分析研究区新生代以来的地质结构和区域构造特征,调查地区地热开采情况及存在的问题。根据地热能类型分析了第四系Q、新近系明化镇组N2、新近系馆陶组N1等3个热储层特征,利用可控源音频大地电磁测深查明区内的断裂分布、热储层发育、隔水边界等条件,通过现场试验与测试手段查明不同部位热储层的参数指标,分区计算各层的地热资源量。根据开采方式、边界条件、水文地质参数建立数学模型,通过数值模拟预测出2023年Q热储层流场将恢复到原始流场模式,N2热储层流场漏斗效应持续减弱,N1热储层流场漏斗效应明显且分布不规则,为控制地热资源开发对环境造成的影响,提出封闭循环利用地热、同层加压回灌的开采方式及合理布局开采井、综合利用多层地热等措施,为本地及周边地区地热资源开发及环境保护提供参考。
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    煤田地质与勘探
    2021年第02期
    478
    561
  • 作者(Author): 李奉翠, 韩二帅, 梁磊, 吴京安, 鲁冰雪

    摘要:中深层地热井下同轴换热器具有取热量大、出口水温高的特点,近年来受到供热行业的高度关注。目前的研究主要是对单个供热周期内的中深层地热井下同轴换热器的换热性能进行分析,缺乏对其长期换热性能的相关研究。本文根据中深层地热井下同轴换热器供暖季供热、非供暖季停歇运行的特点,基于能量守恒方程建立换热器的数值换热模型,并采用有限体积法对模型进行离散,通过Matlab平台数值分析其在长期运行过程中换热性能的变化规律。结果表明:换热器的换热性能随着运行年份逐渐下降,且下降程度逐年减小,最终达到准稳态。其中,次年平均换热量的下降比例最大,且换热器埋深越大,换热量的下降比例越小。埋深为2 000、2 500、3 000 m 换热器的次年平均换热量的下降比例依次为4.00%,3.78%和3.56%,第30年的平均换热量较第1年分别下降13.7%、13.1%、12.4%。岩体温度逐年下降,其受干扰半径逐年增加。在30 a运行期间,埋深2 000 m的换热器在每年供热季结束时的岩体温度受干扰半径从13 m增加至105 m。此外,换热器深度越大,其周围岩体温度受干扰半径越大。本研究结果阐明了中深层地热井下同轴换热器在长期取热过程中换热性能的变化规律,对换热器长期取热的设计具有指导意义。
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    煤田地质与勘探
    2021年第02期
    150
    64
  • 作者(Author): 许力, 马润勇, 潘爱芳, 张璠

    摘要:断裂构造、水热蚀变信息与地表真实温度场是地热资源的重要指示标志。为研究三者空间分布关系,基于石泉地区的Landsat8 OLI遥感影像数据,采用辐射传输方程的方法反演地表温度场;并选用主成分分析法提取羟基水热蚀变信息。以已知断裂为中心,向断裂带两侧建立等间距的缓冲区,统计缓冲区内的平均地表温度与蚀变强度;以距断裂带中心平均距离为横轴,绘制三者之间的关系曲线,进一步描述真实温度场、水热蚀变分布与主要断裂构造之间的关系。结果表明,北西走向的两河–池河断裂带影响范围内平均温度最高,平均温度比为22.582%,与城关–池河断裂带和近南北走向的两河断裂相似,断裂带位置与地表温度场和蚀变信息之间存在较强的相关性;北西走向的两河–后柳断裂带、两河–曾溪断裂带处于平均温度曲线梯度变化范围内,推测断裂带两侧可能分属不同的温度场;对平均温度、蚀变强度分布具有较强控制作用的断裂带具有较强的活动性;最多断裂带交汇点处的蚀变面积比为4.263 2%,平均温度比为21.178%,反映了断裂带交汇点处的活动性较强。
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    煤田地质与勘探
    2020年第06期
    178
    126

主办单位:煤炭科学研究总院有限公司 中国煤炭学会学术期刊工作委员会

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