含水层储能(ATES)原理

地下水的温度是相对恒定的,冬暖夏凉。北京地区100米深度的地下水温度约15摄氏度。

我们在地下钻两个竖井。

在夏季,地下水抽出后通过热交换器(和热泵)给建筑物提供冷量的同时也给自己加了温,加热后的地下水回灌到热井。通过一个夏季的持续加温,热井的水温要比地下水自然温度高5-8℃,大约在20-23℃。夏季储存了5-8℃的热能。

在冬季,加热后的地下水抽出后通过热交换器(和热泵)给建筑物提供热量的同时也给自己降了温,冷却后的地下水回灌到冷井。通过一个冬季的持续冷却,冷井的水温要比地下水自然温度低5-7℃左右,大约在10-7℃。冬季储存了5-8℃的冷能。冷井中10℃左右的冷水可以通过板式换热器直接给建筑物供冷。

周而复始,实现季节性储能。冬冷夏用,夏热冬用。

中央空调系统冷热源需求温度与蓄能井的温差,通过热泵提升。蓄能井和热泵一起构成含水层储能/热泵系统。


 荷兰含水层储能核心技术:地下水100%原水回灌  

解决国内水源热泵技术瓶颈,推动产业升级

1)地下含水层储能理论(自然温差+储能〕取代国内地下水源热泵理论(自然温差〉对浅层地热的简单开发;

2) 可持续的设计理念和创新的20年地下热模拟、20年水力模拟技术,实现地下热平衡和水力平衡,确保系统能效稳定:

3 ) 气举反循环工艺颠覆国内技术普遍采用的泥浆正循环钻井工艺,解决储能井(回灌井)污染;

4 ) 成井材料和成井工艺的创新解决国内泥沙堵塞的顽疾;

5) 国内首创的全封闭的地下水抽灌系统和同层回灌工艺,确保地下水不受污染并防止氧化堵塞。

6) 无人值守的智能控制系统与水文地质监测系统,含水层储能系统全封闭的蓄能井内装备有各种传感器和控制阀,并有观测孔,可实时监控蓄能井运营和地下水水质。 

     


 含水层储能系统能效分析

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注:上述数据根据以下界定条件概算,最终预算需根据项目水文地质勘探数据确定。

(1) 以华北地区10万平方米建筑面积绿色建筑(综合楼)为例

(2) 全年运行时间,供冷为120天,供热为120天;热负荷指标60W/m2,冷负荷指标80W/m2,每天运行12小时,平均负荷为最大负荷的75%

(3) 单井出水量70立方米/小时

(4) 电价1元/度,气价3.5元/立方米

 含水层储能系统经济规模

(1)资源条件:单井出水量50立方米以上

(2)建筑规模:最小系统供能面积1万平方米以上;能源站供能面积5万平方米以上。


 丰电阳光含水层储能工程项目流程


中国含水层储能地下水资源分布 

 





中国各大平原、盆地、河谷、海滨都有地下水分布,各市县水务或地勘部门的水资源分布图较为详尽。最终数据要通过水文地质勘探确定。

整体上不适合推广含水层储能技术的地区仅限于广东、海南、黑龙江、西藏和北疆地区。


地下含水层储能/热泵项目调查表

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地下含水层储能热泵项目调查表.docx