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原文鏈接：https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2024/5/522815.shtm

近日，中國科學(xué)院廣州能源研究所研究員蔣方明團隊與中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所研究員王貴玲團隊合作，在超長(cháng)重力熱管地熱開(kāi)發(fā)技術(shù)方面取得重要進(jìn)展，發(fā)明了具有階梯回流結構的重力熱管。相關(guān)成果發(fā)表于《能源與環(huán)境科學(xué)》（Energy & Environmental Science）。

地殼的中深層和深層蘊藏著(zhù)巨量的地熱資源，足以滿(mǎn)足人類(lèi)數千年的用能需求。然而，有效可靠的開(kāi)發(fā)技術(shù)缺乏，阻礙了該能源的大規模開(kāi)發(fā)利用。傳統的“取水用熱”地熱開(kāi)發(fā)利用技術(shù)可能導致二次環(huán)境問(wèn)題，容易引發(fā)地下水位降低、地表沉降、管道/設備腐蝕結垢及地面環(huán)境污染等問(wèn)題；用于開(kāi)發(fā)干熱巖熱能的增強型地熱系統（EGS）推進(jìn)緩慢，人工造儲、井下井間連通困難和易于誘發(fā)地震等問(wèn)題一直未能獲得有效解決。

近年來(lái)，重力熱管因其突出的傳熱能力和“取熱不取水”的技術(shù)特點(diǎn)獲得了廣泛關(guān)注。利用重力熱管開(kāi)采地熱資源可以有效避免“取水用熱”和EGS地熱開(kāi)采所遇到的問(wèn)（難）題。然而，由于存在深液池蒸發(fā)抑制和氣液卷攜等問(wèn)題，重力熱管長(cháng)度延長(cháng)后傳熱性能大幅下降甚至運行失敗。將重力熱管擴展到數千米長(cháng)度、滿(mǎn)足深部地熱開(kāi)發(fā)的應用需求，仍具有極大的挑戰。

研究團隊在國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目的資助下，研究發(fā)明了具有階梯回流結構的重力熱管。這種創(chuàng )新性的結構設計可以有效克服深液池蒸發(fā)抑制和氣液卷攜等問(wèn)題，實(shí)現數公里長(cháng)度超長(cháng)重力熱管的穩定運行，再結合熱管工質(zhì)流體的優(yōu)選，可以使超長(cháng)重力熱管獲得卓越的傳熱能力。

研究團隊研制了一根以氨作為工質(zhì)的4149米長(cháng)度的重力熱管并安裝在河北雄安一口地熱深井內。取熱實(shí)驗證明了該超長(cháng)重力熱管地熱系統的連續熱產(chǎn)出可以超過(guò)1兆瓦，熱管徑向截面的熱通量達4×107瓦特每平方米。

此外，研究團隊提出了熱管蒸汽直驅發(fā)電的地熱發(fā)電技術(shù)方案，首創(chuàng )熱管產(chǎn)出氨蒸汽直接驅動(dòng)的地熱發(fā)電機組，并與熱管地熱開(kāi)采系統集成?；谠撛硌兄频臉訖C在72小時(shí)發(fā)電測試中能夠以大約7千瓦功率穩定發(fā)電，確證了該地熱發(fā)電技術(shù)路線(xiàn)的可行性。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1039/D4EE01235F