燃煤采暖已成为北方地区冬季污染排放的主要来源之一，严重威胁着我们的生存环境，推进北方地区冬季清洁取暖是重大的民生工程、民心工程。地热能作为可再生清洁能源，对我国能源转型调整和优化能源结构具有重要意义。关中盆地地热背景高、地热资源丰富，是开发利用的有利地区，但目前盆地内以抽采地下热水为主的开发方式，已经引起地面沉降、回灌等系列的地质灾害和环境问题。因此，地热资源要真正实现安全高效和可持续性发展，就必须坚持在保护地下水的前提下进行，并对开发中的地热地质、取热换热、智能供暖等关键技术进行深入研究。基于以上背景，本论文展开研究，取得的主要成果如下：1、提出了“保水取热”模式下开发中深层地热能的概念、思路和途径，明确了中深层地热能“保水取热”供热的理论技术体系、要解决的主要科学问题和存在的主要问题等，并首次应用于关中盆地，通过多专业技术融合提出了一体化提高中深层地热能供热能效的方法；2、完成国内首次U型对接井稳态地温测量，发现地下含水层、钻井工程对初始地层温度影响较大。采用二维移动无限线源法，对含水层作用下的地埋换热器周围岩土的温度分布进行了预测，发现与地下水流速相比，有效传热速度更能反映含水层的传热速率。结合钻探对地层初始地温的影响，建立解析模型实现了基于测井温度推算初始地层温度的方法；3、对比分析了中深层U型对接井和同轴套管井的换热能力，得出在相同地质和边界条件下，深度2505 m、横埋管长205 m的U型井换热能力与深度2505 m的同轴套管换热能力近似一致，横埋管长为1000 m时其换热能力则明显高于同轴套管的换热能力，且横埋管越长换热能力越强。基于正交设计方法明确了众多因素对U型井与同轴套管井换热能力的影响程度，发现地温梯度、埋深、入口温度、岩土导热系数具有高度显著的影响；4、在中深层地热能供暖节能智能控制策略研究中，基于分布式架构控制系统，提出了分布式缎蓝园丁鸟优化算法D-SBO来解决中深层地源热泵系统中并联热泵机组负荷优化分配的问题。验证了D-SBO算法具有良好的鲁棒性和稳定性，基于该方法优化后的COP增长率高达23.1%；5、通过中深层地热能“保水取热”供热理论技术体系在鄂尔多斯盆地等项目的应用、验证和优化，对中深层地热能建筑供暖高效可持续性应用具有一定的指导意义。 |
