极热地储能系统的特点

摘要： 地热储能技术是以地下流体为热载体,利用地下多孔介质空间存储能量,在必要时将其采至地面进行综合利用的一类技术.该技术从20世纪六十年代至今不断发展,针对不同行业的取能及减排需求,形成了基于不同热载体、不同规模、不同储能方式的技术体系,在技术创新过程中,在地热储能理念上实现了从"地球电池"的单一储能形式向"地球充电/热宝"多能互补储/供能系统的转变,充分利用地热储能技术"规模大、应用广、跨季节以及成本低"的特点,具有储热空间大、热利用效率高、安全性好以及绿色低碳等优点,目前全球范围内已经有多个项目试验了工业余热以及可再生能源的地热化存储并取得了良好的效果,展现了较好的技术实用性和广阔的发展空间.对能源的稳定供应和高效利用意义重大.地热储能与热提取的主要机理有热传导、对流换热、热弥散、热虹吸效应以及物理化学作用等,同时通过流体与岩石之间的热—流—固耦合作用实现能量在地下的储存、传递与转换,因此地热储能的效果取决于流体—岩石相互作用以及地热储能的方式等,且储热层内流体类型越多,所涉及到的机理越复杂.本文首先阐述了地热储能技术在国内外的发展历程,归纳总结了地热储能过程中基于流体—岩石相互作用的传热与储能机理,在总结前人工作的基础上对地热储层过程中储热层选址、含水层深度选取以及储能载体选择等关键技术难题及其研究现状进行了分析,同时对全球范围内主要的地热储能项目概况及运营现状进行了梳理和总结.研究认为,储热层的孔隙度、渗透率、厚度、各向异性及非均质性等参数对其储热效率及规模有较大影响,在选址过程中应当综合考虑储热层性质、热载体性质以及与地面热源的匹配程度.在此基础上,本文对地热储能技术的应用前景进行了展望,同时从储热机理上指出了该技术可能面临的一系列挑战,认为未来地热储能技术的研究突破点在于与碳捕集、利用与封存技术以及风、光、电等可持续能源的联合存储与利用,寻找隔热性能好的地下空间,研发和利用高性能的热能载体以及防堵塞与腐蚀技术的攻关等.作为对现有能源体系的进一步高效利用方式以及有益补充,地热储能以其在削峰填谷、节能减排以及能源综合利用等方面的独特优势,具有巨大的潜在资源量与市场潜力,是未来低碳地质能源发展方向.