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科學研究
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科研進展
《“十四五”能源領域科技創(chuàng)新規(guī)劃》和《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》提出，通過消納風光等可再生能源以實現(xiàn)能源系統(tǒng)穩(wěn)定輸出。地熱儲能具有高能量儲存容量和高儲能效率的優(yōu)勢，能大規(guī)模消納非穩(wěn)定可再生能源并有效解決季節(jié)性供需不匹配問題，可作為長時儲能和系統(tǒng)調(diào)峰的首選。地熱儲能主要分為巖土儲能和含水層儲能，巖土儲能不受水文地質(zhì)條件限制，含水層儲能則存儲溫度更高、規(guī)模更大，均是國內(nèi)外儲能技術研究的熱點。然而，現(xiàn)有的巖土儲能和含水層儲能系統(tǒng)都避免不了熱損失或熱突破導致的儲能效率低的問題，限制了其大規(guī)模應用。 針對地熱巖土儲能效率衰減問題，中國科學院廣州能源研究所地熱能研究室龔宇烈團隊依托青島即墨鼎泰豐中深層地熱供暖站，開展了基于消納太陽能的中深層同軸套管巖土儲能技術的研究。針對地熱含水層長時儲能技術瓶頸，聯(lián)合中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所龐忠和團隊，研發(fā)了基于消納風光等不穩(wěn)定間歇性能源的中深層地熱含水層儲/供能系統(tǒng)關鍵技術，并依托雄安新區(qū)容城領秀城地熱供暖站進行了現(xiàn)場試驗驗證。 在巖土儲能方面，國內(nèi)外研究結(jié)果表明：中深層同軸套管換熱系統(tǒng)的傳熱和流動性能直接影響取熱系統(tǒng)的供熱效率，隨著供暖周期增加存在熱衰減的風險。研究團隊跟蹤了青島即墨鼎泰豐中深層同軸套管換熱系統(tǒng)連續(xù)四年的供暖運行數(shù)據(jù)，分析并驗證了該熱衰減現(xiàn)象（如圖1所示）的同時，提出了在非供暖季主動消納太陽能的地熱巖土儲能技術，可以有效緩解井筒由于長時取熱造成的供熱系統(tǒng)效率衰減問題。研究結(jié)果表明：非供暖季每年連續(xù)向巖土儲熱后，系統(tǒng)供熱效率衰減趨勢明顯變緩并趨于穩(wěn)定。相關研究成果發(fā)表于國際能源領域?qū)W術期刊Energy。（論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360544223001998） 在含水層儲能方面，科研團隊基于復雜地質(zhì)與水力條件下儲能式地熱供暖系統(tǒng)的關鍵物理/化學過程機理分析，明確了影響儲能式地熱供暖系統(tǒng)性能的關鍵因素；研究基于“源網(wǎng)荷儲”協(xié)同優(yōu)化的新一代電熱耦合技術，實現(xiàn)了將不穩(wěn)定的風電高效轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的地熱輸出的關鍵技術突破。研究團隊聯(lián)合中石化綠源地熱能開發(fā)有限公司在雄安新區(qū)容城領秀城地熱站完成含水層儲/供能系統(tǒng)現(xiàn)場試驗。該系統(tǒng)利用中深層地熱含水層長時儲能實現(xiàn)了100%可再生能源建筑供暖，為高效就地消納風光等可再生能源提供了重要技術途徑。 該研究得到了中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項和中國科學院STS計劃項目的支持。
圖1巖土儲能原理及20年供暖期出口水溫和供熱量預測
圖2含水層儲能系統(tǒng)原理及示范現(xiàn)場
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