Численное моделирование и анализ закономерностей теплового баланса в системе взаимодополняющего накопления тепла в водоносном горизонте

ZHENG YONGXIANG ,  

FAN JIE ,  

YIN CHAO ,  

HAN XUELIANG ,  

HUANG RUIFENG ,  

摘要

Технология накопления энергии в водоносном горизонте представляет собой перспективное и реализуемое решение для многокомпонентного накопления энергии, основная идея которого заключается в сохранении колеблющихся возобновляемых источников энергии (например, солнечной и ветровой энергии) в виде тепловой энергии под землей в водоносном горизонте с последующим стабильным извлечением для достижения целей многокомпонентного накопления на основе геотермальных резервуаров. Расстояние теплового баланса является ключевым параметром для определения расстояния между скважинами закачки и отбора в системе. Оно определяется как минимальное расстояние, при котором амплитуда колебаний температуры вводимой жидкости снижается до приемлемого уровня в процессе распространения внутри водоносного горизонта при заданных эксплуатационных условиях. Для выявления основных механизмов, влияющих на расстояние теплового баланса, построена трёхмерная численная модель водоносного горизонта, учитывающая тепловую и гидродинамическую связь. Особое внимание уделено анализу влияния производственных параметров (температуры закачиваемой жидкости, скорости закачки), физических свойств пород (проницаемости, пористости) и термофизических свойств горных пород (удельной теплоёмкости, теплопроводности) на расстояние теплового баланса. Для оценки чувствительности параметров и идентификации доминирующих факторов применён метод множественной линейной регрессии. Результаты исследования показывают, что расстояние теплового баланса положительно коррелирует с температурой закачиваемой жидкости, скоростью закачки, проницаемостью и теплопроводностью горных пород; и отрицательно — с пористостью и удельной теплоёмкостью пород. Тремя основными факторами, влияющими на расстояние теплового баланса, являются проницаемость, скорость закачки и температура закачиваемой жидкости, при этом чувствительность упорядочена как: проницаемость > скорость закачки > температура закачиваемой жидкости. Следует отметить, что доля производственных параметров среди доминирующих факторов довольно велика, что указывает на возможность повышения эффективности хранения тепла и экономичности системы за счёт рационального регулирования стратегии закачки/отбора и оптимизации схемы скважин. Результаты исследования предоставляют количественную научную основу для рационального проектирования скважин и оптимизации эксплуатационных стратегий в системах многокомпонентного накопления "геотермальная +", а также техническую поддержку для эффективного использования возобновляемых источников энергии.

关键词

накопление энергии в водоносном горизонте;расстояние теплового баланса;система многокомпонентного накопления;тепловая и гидродинамическая связь;анализ чувствительности

阅读全文