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一口地热单井,让干热岩取热不再难
来源:地大热能 2020-07-31

地热资源是一种极具竞争力的战略接替能源,按载热介质可分为水热型和干热岩型。干热岩热能开发尽管概念出众、潜力巨大,但国际开发经验表明,深层干热岩中的热能难以取出,开发项目大多入不敷出。

近日,中国科学院广州能源研究所研究员蒋方明团队在干热岩超长重力热管取热研究方面获得突破。研究人员将一根独特的重力热管安装在数千米深度的地热单井中,成功实现从干热岩中持续取热,并将热能传输至地面。

蒋方明认为,该进展不仅为干热岩热能的开采找到了一种全新的技术途径,也为水热型地热资源开发利用提供了一种“只采热、不采水”的解决方案。并且,该技术具有高效、稳定、运行成本低的特点,有望实现较好的经济效益。

只要一口井的“地下锅炉”
 

“简单来说,热管就是在一个真空管体内部注入一定量的液态工质。而重力热管是热管的一种,它依靠重力实现流体工质的循环流动。”蒋方明告诉《中国科学报》,“液态工质在热管底部蒸发并流向热管顶部,冷凝放热之后液体再在重力作用下回流至热管底部,从而持续将热量从热管底部传输至顶部。”

虽然热管技术在航空航天、化工、电力等领域已经有广泛的应用,但通常来说热管的长度一般都在10米以内,若长度超过10米,热管的传热性能就可能会大幅下降,难以维持良好的均温性。

在过去几十年的发展中,重力热管技术的主要难题是如何在长距离、高传热量的运行工况下实现管底工质的高效蒸发相变,减少湿蒸汽的流动阻力,避免气液卷携效应,提高系统高效稳定性。

也就是说,蒸汽和液体在狭窄的管道中可能会“撞车”。

“这个难题在我们开展的取热试验的设计实施过程中,已经通过热管结构设计和工质优选等方式实现技术突破。”蒋方明介绍称,他们依据具体的地热井地温参数和水文条件优化结构设计及优选工质,使管内外传热物质充分耦合,达到更佳的采热效果。

“我们研发的新型超长重力热管技术,将热管的有效传输距离提升至3千米以上,从而可以实现对埋藏数千米深的地热能的开采。”蒋方明说,他们在近期进行的现场试验中,在地下取热段岩石平均温度为119℃的地热条件下,地面获得了温度最高达90℃的饱和水蒸气,持续采热功率接近200千瓦。

中国科学院广州能源所博士后黄文博告诉记者,重力热管采热系统类似在地下数千米深处建设了一个“超级锅炉”,“锅炉”的“燃料”即是干热岩中的热能。“锅炉”产生的蒸汽通过数千米的管道自发地流向地面,此后利用蒸汽所包含的内能(主要是潜热)进行发电、供暖,甚至驱动热泵制冷。

此外,记者了解到,该技术并不仅限于干热岩型地热资源的开采。作为一种“只采热不采水”“无泵驱”的高效单井地热开采技术,其也能够在地热水开采受限的区域开采水热型地热资源,其应用范围宽广,并有形成标准化产品的应用前景。(文/中国科学报/池涵)

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