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增強型地熱國內外研究現狀與發展趨勢

更新時間：2020-10-20　點擊量：1558

增強型地熱系統已有30多年的研究歷史，但以往只局限在美國、英國、法國、德國、瑞士、日本、澳大利亞等國家。

　　美國是對干熱巖的工程開發進行研究的國家，在新墨西哥州中北部的芬頓山成立了干熱巖研究中心。美國于1973年資助針對干熱巖開發的EGS試驗研究，1977年獲得了成功，深鉆孔達4500m，巖體溫度為330℃，熱交換系統深度為3600m。1984年建成了*1座高溫巖體地熱發電站，發電功率由初的3MW提高至10MW，地熱流值達250mW/m2。

　　從1980年開始，日本資助了一項研究干熱巖發電技術可行性的項目。在山形縣實施了4個鉆孔，深度在2000—2200m，巖體溫度為250℃，并進行了多次短期的水壓測試。1988年，日本和幾個私人機構還在巖手縣資助了一項研究水－巖體間熱交換項目。

　　1977—1986年，歐共體資助德國在巴伐利亞東北部的Falkenberg開展了一項EGS研究：在較淺的深度下，研究巖石的自身裂隙、水壓產生裂隙的形成機制以及水在這些裂隙中的運移機制[7]。

　　能源署（IEA）領導并實施了一系列有關地熱利用的合作項目。在眾多的地熱利用合作項目中，與干熱巖較緊密是“地熱執行協議”（GIA）中一個為期4年（1997—2001）的重大計劃———“干熱巖行動計劃”（HotDryRockTask），該計劃由日本的新能源和工業技術發展組織（NEDO）擔任總執行機構，參與該計劃的國家有澳大利亞、德國、日本、瑞士、英國、美國以及歐共體。

　　澳大利亞在2003年在庫珀（Cooper）盆地開展了一個有關EGS的項目，勘查結果顯示該盆地的熱能儲量高達500億桶油當量（據澳大利亞Metasource公司網站），在4500m的深處干熱巖的溫度高達270℃[8]。Geodynamics有限公司在2003年9月完成了第1口注水井，而且通過注水在花崗巖巖體上壓裂并形成了一系列的連通裂隙。

　　2008年初，美國麻省理工學院歷時3年完成了一份研究報告———《地熱能的未來》，其副標題是“21世紀增強型地熱系統（干熱巖）對美國的影響”。研究報告指出，增強型地熱系統，或稱工程型地熱系統（即以前所稱的干熱巖），開發應用潛力巨大，不受地域限制，對環境影響小，預示美國干熱巖開發技術的商業化運行可望在10—15年內實現。

　　中國高溫巖體地熱開發研究起步較晚，僅少數科研單位做了理論探討并參與了干熱巖或EGS合作。1993—1995年，中國國家地震局地殼應力研究所和日本中央電力研究所開展合作，在北京房山區進行了干熱巖發電的研究試驗工作[9]。2000年，趙陽升教授領導的研究團隊開始了高溫巖體地熱開發的有關問題研究，并對相關技術做了較系統的介紹。

　　2007年中國能源研究會地熱專業委員會與澳大利亞Petratherm公司簽訂了2年的合作協議，開展了“中國工程型地熱系統資源潛力的研究”交流項目，中澳專家已聯合在一些可望有潛力的選定地區開展了初步調查，采集了一些試驗樣品，并進行了一系列分析測試、模型研究等工作[10]。

　　2009年6月29日大慶市組織召開全市新能源利用座談會，認為大慶市的地熱資源非常豐富，分布面積達5000km2，地下4000—5000m深的干熱巖所蘊藏的地熱能源相當于全市油氣能量的1萬倍，開發潛力巨大[11]。2009年11月底—12月初，中國能源研究會地熱專業委員會和中國地質環境監測院組團，對澳大利亞“地球動力”公司在南澳大利亞Cooper盆地的干熱巖開發利用現場進行了實地考察。2010年，福建省天華能源科技有限公司開展了福建省泉州市晉江地域增強型地熱利用系統工程及地震監測試驗研究項目。

　　中國幅員遼闊，地熱資源豐富，中國地熱資源潛力為11×l06EJ/a，占的7.9%[12]。中國有極豐富的深層地熱資源。根據板塊構造理論，中國西南部受印度洋板塊的擠壓作用，東南部受菲律賓板塊的擠壓作用，東部受太平洋板塊的擠壓和俯沖作用，地質體活動強烈，發生頻繁的火山噴發和地震。這些地區有很高的地熱梯度，典型代表如西藏羊八井地區、云南騰沖地區、海南瓊北地區、中國臺灣及東南沿海地區、長白山地區等地，都具有極豐富的高溫巖體地熱資源和很*的開發條件。

　　自1972年美國人Smith等將干熱巖的開發利用研究從概念模式轉入實驗階段以來，這種發電技術引起了世界各國的廣泛關注，通過合作和各國不斷努力，美國、日本、英國、法國、德國等國家在過去20年間相繼進行了有關方面的實驗，試驗電廠的發電量也逐漸由3MW增大到11MW，逐漸接近商業開發的規模。

　　在干熱巖領域，中國前期投入較小，主要資助開展學術交流、探索研究，并未形成國家層面的干熱巖技術研發基地和裝備條件。中國以往的地熱開采一般在1000m以內，以淺層地熱開發為主。淺層地熱的大量開采在一些地區造成了地下水位大幅度下降、地面沉降等后果，同時淺層地熱的溫度、水量等難以滿足高附加值的相關領域，諸如發電、工業加工、農副業加工等的需要。這使得對EGS的研究及工程應用成為今后中國地熱資源開發的主導方向。

　　2012年國家高技術研究發展計劃（863計劃）啟動了“干熱巖熱能開發與綜合利用關鍵技術研究”項目。下設4個課題，吉林大學、中國科學院廣州能源研究所、清華大學和天津大學各承擔一個課題，吉林大學為項目的牽頭單位。大慶油田，中國科學院地質和地球物理研究所，中國科學院武漢巖土力學研究所和中國地質科學院水文地質環境地質研究所等參加這一研究項目。這一項目為開展EGS的技術研究提供了一個很好的機會，可為將來的工程應用提供技術支撐。

全自動野外地溫監測系統/凍土地溫自動監測系統

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TD-016C型地源熱泵能耗監控測溫系統

產品關鍵詞：地源熱泵測溫，地埋管測溫，淺層地溫在線監測系統，分布式地溫監測系統

此款系統專門為地源熱泵生產企業，新能源技術安裝公司，地熱井鉆探公司以及節能環保產業等單位設計，通過連接我司單總線地熱電纜，以及單通道或多通道485接口采集器，可對接到貴司單位的軟件系統。歡迎各類單位以及經銷商詳詢！此款設備支持貼牌，具體價格按量定制。

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統【產品介紹】

地源熱泵空調系統利用土壤作為埋地管換熱器的熱源或熱匯,對建筑物進行供熱和供冷.在埋地管換熱器設計中,土壤的導熱系數是很重要的參數.而對地溫進行長期可靠的監測顯得特別重要。在現場實測土壤導熱系數時測試時間要足夠長,測試時工況穩定后的流體進出口及不同深度的溫度會影響測試結果的準確性。因此地埋測溫電纜的設計顯得尤其重點。較傳統的測溫電纜設計方法，單總線測溫電纜因為接線方便、精度高且不受環境影響、性價比高等優點，目前已廣泛應用于地埋管及地源熱泵系統進行地溫監測，因可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

采集服務器通過總線將現場與溫度采集模塊相連，溫度采集模塊通過單總線將各溫度傳感器采集到的數據發到總線上。每個采集模塊可以連接內置1-60個溫度傳感器的測溫電纜相連。本方案可以對大型試驗場進行溫度實時監測，支持180口井或測溫電纜及1500點以上的觀測井溫度在線監測。

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統：

1. 地埋管回填材料與地源熱泵地下溫度場的測試分析

2. U型垂直埋管換熱器管群間熱干擾的研究

3. U型管地源熱泵系統性能及地下溫度場的研究

4. 地源熱泵地埋管的傳熱性能實驗研究

5. 地源熱泵地埋管換熱器傳熱研究

6. 埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究，埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究。

豎直地埋管地源熱泵溫度測量系統，主要是一套*基于現場總線和數字傳感器技術的在線監測及分析系統。它能有對地源熱泵換熱井進行實時溫度監測并保存數據，為優化地源熱泵設計、探討地源熱泵的可持續運行具有參考價值。

二、RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統本系統的重要特點：

１．結構簡單，一根總線可以掛接1-60根傳感器，總線采用三線制，所有的傳感器就燈泡一樣，可以直接掛在總線上．

２．總線距離長．采用強驅動模塊，普通線，可以輕松測量500米深井.

３．的深井土壤檢測傳感器，防護等級達到ＩＰ６８，可耐壓力高達5Mpa.

４．定制的防水抗拉電纜，增強了系統的穩定性和可靠特點總結：高性價格比，根據不同的需求，比你想象的*．

針對U型管口徑小的問題，本系統是傳統鉑電阻測溫系統理想的替代品. 可應用于：

１.地埋管回填材料與地源熱泵地下溫度場的測試分析

2.U型垂直埋管換熱器管群間熱干擾的研究

3. U型管地源熱泵系統性能及地下溫度場的研究

4. 地源熱泵地埋管的傳熱性能實驗研究

5. 地源熱泵地埋管換熱器傳熱研究

6. 埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究。

本系統技術參數：支持傳感器：18B20高精度深井水溫數字傳感器，測井深：1000米，傳感器耐壓能力：5Mpa ,配置設備：遠距離溫度采集模塊＋測井電纜＋傳感器，

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統系統功能：

1、溫度在線監測

2、報警功能

3、數據存儲

4、定時保存設置

5、歷史數據報表打印

6、歷史曲線查詢等功能。

【技術參數】

1、溫度測量范圍：-10℃ ～ +100℃

2、溫度精度：正負0.5℃ (-10℃ ～ +80℃)

3、分辨率： 0.1℃

4、采樣點數：小于128

5、巡檢周期：小于3s（可設置）

6、傳輸技術： RS485、RF(射頻技術)、GPRS

7、測點線長：小于350米

8、供電方式： AC220V /內置鋰電池可供電1-3年

9、工作溫度： -30℃ ～ +80℃

10、工作濕度：小于90%RH

11、電纜防護等級：IP66

使用注意事項：

防水感溫電纜經測試與檢測，具備一定的防水和耐水壓能力，使用時，請按以下方法操作與使用：
1．使用時，建議將感溫電纜置于U形管內以方便后期維護。
若置與U形管外，請小心操作，做好電纜防護，防止在安裝過程中電纜被劃傷，以保持電纜的耐水壓能力和使用壽命。
2. 電纜中不銹鋼體為傳感器所在位置，因溫度為緩慢變化量，正常使用時，請等待測物熱平衡后再進行測量。
3. 電纜采用三線制總線方式，紅色為電源正，建議電源為3-5V DC，黑色為電源負，蘭色為信號線。請嚴格按照此說明接線操作。
4. 系統理論上支持180個節點，實際使用應該限制在150個節點以內。
5.系統具備一定的糾錯能力，但總線不能短路。
6. 系統供電，當總線距離在200米以內，則可以采用DC9V給現場模塊供電，當距離在500米之內，可以采用DC12V給系統供電。

【北京鴻鷗成運儀器設備有限公司提供定制各個領域用的測溫線纜產品介紹】

由北京鴻鷗成運儀器設備有限公司推出的地源熱泵溫度場測控系統，硬件采取*ARM技術；上位機軟件使用編程語言技術設計，富有人性、直觀明了；測溫傳感器直接封裝在電纜內部，根據客戶距離進行封裝。目前該系統廣泛應用于地源熱泵地埋管、地源熱泵溫度場檢測、地源熱泵地埋換熱井、地源熱泵豎井及地源熱泵溫度場系統進行地溫監測，本系統的可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

地源熱泵診斷中土壤溫度的監測方法：
　　為了實現地源熱泵系統的診斷，必須首先制定保證系統正常運行的合理的標準。在系統的設計階段，地下土壤溫度的初始值是一個重要的依據參數，它也是在系統運行過程中可能產生變化的參數。如果在一個或幾個空調采暖周期（一般一個空調采暖周期為1年）后，系統的取熱和放熱嚴重不平衡，則這個初始溫度會有較大的變化，將會大大降低系統的運行效率。所以設計選用土壤溫度變化曲線作為診斷系統是否正常的標準。
　　首先對地源熱泵系統所控制的建筑物進行全年動態能耗分析，即輸入建筑物的條件，包括建筑的地理位置、朝向、外形尺寸、圍護結構材料和房間功能等條件，計算出該區域全年供暖、制冷的負荷，我們根據該負荷，選擇合適的系統配置，即地埋管數量以及必要的輔助冷熱源，并動態模擬計算地源熱泵植筋加固系統運行過程中土壤溫度的變化情況，得到初始土壤溫度標準曲線。采用滿足土壤溫度基本平衡要求的運行方案運行，同時系統實時監測土壤溫度變化情況，即依靠埋置在地下的測溫傳感器監測土壤的溫度，并且將測得的溫度傳遞給地源熱泵系統。

淺層地溫能監測系統概況：

地源熱泵空調系統利用土壤作為埋地管換熱器的熱源或熱匯，對建筑物進行供熱和供冷，在埋地管換熱器設計中，土壤的導熱系數是很重要的參數，而對地溫進行長期可靠的監測顯得特別重要。在現場實測土壤導熱系數時測試時間要足夠長，測試時工況穩定后的流體進出口及不同深度的溫度會影響測試結果的準確性。因此地源熱泵地埋測溫電纜的設計顯得尤其重點。較傳統的地源熱泵測溫電纜設計方法，北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發的數字總線式測溫電纜因為接線方便、精度高且不受環境影響、性價比高等優點，目前已廣泛應用于地埋管及地源熱泵系統進行地溫監測，因可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

為方便研究土壤、水質等環境對空調換熱井能效等方面的可靠研究或溫度測量，目前地源熱泵地埋管測溫電纜對于地埋換熱井，有口徑小，深度較深等特點的測溫方式,如果測量地下120米的地源熱泵井，要放12路線PT100傳感器。12根測溫線纜若平均放置，即10米放一個探頭，則所需線材要1500米，在井上需配置一個至少12通道的巡檢儀，若需接入電腦進行溫度實時記錄，該巡檢儀要有RS232或RS485功能,根據以上成本估計，這口井進行地熱測溫至少成本在8000元，雖然選擇高精度的PT100可提高系統的測溫精度，但對模擬量數據采集，提供精度的有效辦法是提供儀器的AD轉換器的位數，即提供巡檢儀的測量精度，若能夠在長距離測溫的條件下進行多點測溫，能夠做到0.5度的精度，則是非常不容易。針對這一需求，北京鴻鷗成運儀器設備有限公司推出“數字總線式地源熱泵地埋管測溫電纜”及相應系統。礦井深部地溫監測，地源熱泵溫度監測研究，地源熱泵溫度測量系統，淺層地熱測溫系統。

地源熱泵數字總線測溫線纜與傳統測溫電纜對比分析：
傳統的溫度檢測以熱敏電阻、PT100或PT1000作為溫度敏感元件，因其是模擬量，要對溫度進行采集，若需較高精度，需要選擇12位或以上的AD轉換及信號處理電路，近距離時，其精度及可靠性受環境影響不大，但當大于30米距離傳輸時，宜采用三線制測方式，并需定期對溫度進行校正。當進行多點采集時，需每個測溫點放置一根電纜，因電阻作為模擬量及相互之間的干擾，其溫度測量的準確度、系統的精度差，會受環境及時間的影響較大。模塊量傳感器在工作過程中都是以模擬信號的形式存在，而檢測的環境往往存在電場、磁場等不確定因素，這些因素會對電信號產生較大的干擾，從而影響傳感器實際的測量精度和系統的穩定性，每年需要進行校準，因而它們的使用有很大的局限性。

北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發的總線式數字溫度傳感器，具有防水、防腐蝕、抗拉、耐磨的特性，總線式數字溫度傳感器采用測溫芯片作為感應元件，感應元件位于傳感器頭部，傳感器的精度和穩定性決定于美國進口測溫芯片的特性及精度級別，無需校正，因數據傳輸采用總線方式，總線電纜或傳感器外徑可做得很小，直徑不大于12mm,且線路長短不會對傳感器精度造成任何影響。這是傳統熱電阻測溫系統*的優勢。所以數字總線式測溫電纜是地源熱泵地埋管管測溫、地溫能深井和地層溫度監測理想的設備。數字總線式數據傳感器本身自帶12位高精度數據轉換器和現場總線管理器，直接將溫度數據轉換成適合遠距離傳輸的數字信號，而每個傳感器本身都有唯的識別ID，所以很多傳感器可以直接掛接在總線上，從而實現一根電纜檢測很多溫度點的功能。

地源熱泵大數據監控平臺建設

一、系統介紹

1、建設自動監測監測平臺，可監測大樓內室內溫度；熱泵機組空調側和地源側溫度、

壓力、流量；系統空調側和地源側溫度、壓力、流量；熱泵機組和水泵的電壓、電流、功率、

電量等參數；地溫場的變化等，實現熱泵機組運行情況 24 小時實時監測，異常情況預

警，做到真正的無人值守。可對熱泵系統的長期運行穩定性、系統對地溫場的影響以及能效

比等進行綜合的科學評價，為進一步示范推廣與系統優化的工作提供數據指導依據。

具體測量要求如下：

1）各熱泵機組實時運行情況；

2）室內溫度監測數據及變化曲線；

3）室外環境溫度數據及變化曲線；

4）機房內空調側出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線；

5）機房內地埋管側出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線；

6）機房內用電設備的電流、電壓、功率、電能等監測數據及變化曲線；

7）地溫場內不同深度的地溫監測數據及變化曲線；

8）能耗綜合分析、系統 COP 分析以及系統節能量的評價分析。

2、自動監測平臺建成以后可以對已經安裝自動監測設備的地熱井實施自動監測的數據分

析展示，可實現地熱井和回灌井的水位、水溫、流量實施傳輸分析，并可實現數據異常情況預

警，做到實時監管，有地熱井運行的穩定性。

1）開采水量及回水水量的流量監測及變化曲線；

2）開采水溫及回水水溫的溫度監測及變化曲線；

3）開采井井內水位監測及變化曲線；

增強型地熱國內外研究現狀與發展趨勢

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