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(shù)的研究。針對地熱含水層長時儲能技術(shù)瓶頸，該團隊聯(lián)合中科院地質(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(guān)鍵技術(shù)，并依托雄安新區(qū)容城領(lǐng)秀城地熱供暖站進行了現(xiàn)場試驗驗證。

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(shù)研究的熱點。然而，現(xiàn)有的巖土儲能和含水層儲能系統(tǒng)均無法避免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(yīng)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(shù)的研究。針對地熱含水層長時儲能技術(shù)瓶頸，該團隊聯(lián)合中科院地質(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(guān)鍵技術(shù)，并依托雄安新區(qū)容城領(lǐng)秀城地熱供暖站進行了現(xiàn)場試驗驗證。

在巖土儲能方面，研究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。該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(圖1)，提出了在非供暖季主動消納太陽能的地熱巖土儲能技術(shù)，可以有效緩解井筒因長時取熱造成的供熱系統(tǒng)效率衰減問題。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(guān)研究成果發(fā)表在Energy上。

在含水層儲能方面，科研團隊基于復(fù)雜地質(zhì)與水力條件下儲能式地熱供暖系統(tǒng)的關(guān)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(guān)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(shù)，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(guān)鍵技術(shù)突破?？蒲袌F隊聯(lián)合相關(guān)單位在雄安新區(qū)容城領(lǐng)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(shù)途徑。

研究工作得到中科院戰(zhàn)略性先導科技專項和中科院STS計劃的支持。

圖1.巖土儲能原理以及20年供暖期出口水溫和供熱量預(yù)測

圖2.含水層儲能系統(tǒng)原理與示范現(xiàn)場