2025年 04期
超临界二氧化碳增强型地热系统研究综述
秦佐己;金轶斌;胡俊杰;王全荣;丁雁;随着全球气候变化和能源转型的加速推进，超临界二氧化碳增强型地热系统(carbon dioxide enhanced geothermal system,CO2-EGS)因其兼具高效热能提取与碳地质封存的双重优势，成为地热开发领域的研究热点。系统回顾了CO2-EGS技术的发展历程，重点分析了其在储热特性、储层稳定性和经济性方面的研究进展。与传统水基增强型地热系统相比，CO2作为工作流体表现出低黏度、高流动性和优异的热传导性能，不仅提升了储层的热提取效率，还有效降低了储层损伤和设备腐蚀风险。对当前研究的梳理表明，尽管当前技术仍面临系统储热性能提升、储层稳定性和实际工程应用成本控制的挑战，但通过深入研究储热效率优化、储层响应机制、经济性评估及设计改进，CO2-EGS有望在全球能源转型和碳中和目标的实现中发挥重要作用。CO2-EGS在复杂地质条件下的裂隙网络优化设计、长期注采过程中储层性能的动态演化，以及多能互补技术的集成应用是未来发展的关键方向。
干热岩裂隙对流换热系数计算新方法
郑志伟;刘先珊;白冰;雷宏武;张天成;于明智;孙梦;黄子宣;在干热岩地热开发中，综合换热系数是评价裂隙流体换热性能的关键参数。针对现有计算方法多依赖裂隙面温度分布的假设与简化，且缺乏统一评价标准的问题，建立了一种更精确的综合换热系数计算方法，并对主流公式进行了评价。采用数值模型直接获取裂隙表面温度分布数据，并提出了新的综合换热系数计算方法（公式E），同时给出了换热系数的经验公式F；基于数值模拟数据和试验数据，对各公式（A～F）进行了评价；将公式F嵌入数值模拟程序中进行了现场尺度的换热数值模拟，进一步验证了公式F的有效性。结果表明：公式E、F均具有较高计算精度和适用性；在所有工况中，现有公式A、D与新提出的公式E、F的变化趋势相似，计算结果较为接近且未出现异常值，表现出良好的稳定性和可靠性；作为一种独立的补充关系，公式F可直接嵌入数值模拟程序中有效模拟现场尺度的流体换热。
压缩空气储能地下内衬硐库密封堵头力学模型与优化设计
屈杰;刘形林;孙冠华;杨生彬;饶虎;于显杨;王娇;地下内衬硐库是压缩空气储能系统的重要组成部分。由于施工期通道和运行期密封性的要求，任何地下内衬硐库都需要1个或多个密封堵头。密封堵头受力状态的复杂性使其选型和设计面临挑战。针对堵头和围岩之间的界面工程力学特性，采用理论分析和数值模拟方法，对4种典型结构形式的密封堵头进行了分析，并基于筛选出的抗力特性最佳的堵头，进一步开展了优化设计研究。结果表明：楔形堵头的抗力特性最佳，最有利于维持堵头与围岩界面之间的变形协调；楔形堵头前端倾角宜选择25°～40°，后端倾角可按围岩潜在破裂角公式计算；提出了基于极限平衡分析方法的堵头长度计算公式，该公式表明，楔形堵头所需长度由堵头直径、所受气压荷载和前后端倾角大小共同计算而得。研究成果可为地下内衬硐库密封堵头设计提供理论依据和实践指导。
地应力对压气储能地下洞室衬砌结构力学响应的影响机制
雷豪杰;傅丹;伍鹤皋;王友;李聪;压缩空气储能（compressed air energy storage, CAES，简称“压气储能”）电站地下储气洞室的压力与直径之积极大，因此密封钢衬的受力状态对于电站长期安全运行至关重要。基于ABAQUS平台，综合考虑材料的非线性特征及密封钢衬与混凝土衬砌之间的接触非线性，分析了围岩初始地应力对密封钢衬应力分布和混凝土衬砌损伤演化的影响机制。结果表明：在侧压力系数k由0.25增大至2.50的过程中，密封钢衬的应力峰值呈现先减小、后逐渐增大的趋势，密封钢衬高应力区、混凝土衬砌损伤严重区及围岩塑性区均从顶部和底部逐渐转移至腰部，且当侧压力系数k=1.00时，结构与围岩沿圆周受力最为均匀；在卸压检修期，密封钢衬顶部与混凝土衬砌之间会形成缝隙，且缝隙值随侧压力系数k的增大先减小后缓慢增大，但k>1.00后其敏感性降低；围岩地应力对衬砌结构力学响应的影响机制主要是通过调整运行期围岩环向应力状态，从而改变围岩塑性区分布，最终影响混凝土衬砌与密封钢衬的外部约束刚度。该研究对于通过数值模拟方法开展压气储能地下洞室技术论证时考虑初始地应力的影响具有参考价值。
基于响应面分析的热流固耦合盐穴储气库泄漏率影响因素
史永飞;文沛然;张俊飞;杨帆;范金洋;姜德义;盐穴储气库是以盐岩地层为储存介质的能源储库，用于储存空气和天然气等气体。盐穴使用过程中围岩蠕变变形会引发渗透系数改变，影响储气库的安全密闭性，增大气体泄漏风险，严重威胁公共安全。通过综合考量温度场、渗流场和应力场的相互作用，以达西定律为依据，结合孔隙渗透率演化方程和蠕变本构模型，推导出了盐穴围岩渗流的热流固三场耦合方程。在此基础上，建立了盐穴储气库数值模型，通过数据模拟和响应面分析分别量化了单因素变化和多因素交互作用对盐穴储气库泄漏率的影响。结果表明：(1)提高最小工作压力和降低温度可有效抑制盐腔变形，而提高最大工作压力和减小腔体埋深会增加气体泄漏风险；(2)最小工作压力与最大工作压力和腔体埋深之间的交互作用对泄漏率的影响最为显著，且表现出强烈的协同效应。
隧道交通荷载对储气库盖层完整性的影响
雷宝泽;王时林;苏培东;邱鹏;陆星好;欧阳沐鲲;隧道运营产生的振动对储气库上覆盖层有着不容忽视的安全影响。为研究交通荷载应力波传播对储气库上覆盖层完整性的影响，以黄草峡储气库为依托，采用有限元数值模拟方法，对渝利铁路客货运列车、沪渝蓉高铁列车和黄草山高速公路载重汽车等不同交通荷载引起的盖层变形量和振动速率进行了分析。结果表明：(1)隧道运营过程中，储气库上覆盖层的变形量和振动速率均未超过安全限值；(2)储气库上覆盖层的变形量随距隧道距离的增大而减小，其中雷口坡组和嘉四4 2套膏岩层受影响较大，而嘉二3膏岩层受影响最小，说明岩性和地层结构对地层响应具有显著的调控作用；(3)上覆盖层在多种交通工况的叠加影响下，其影响主要局限于隧道下部嘉四4膏岩层范围内，未对储气库盖层的完整性造成威胁。研究成果可为复杂交通荷载下储气库上覆盖层完整性评估提供理论支撑和实践指导。
基于天空辐射制冷的户内变电站降温研究
陈晨;姚晗;韩慧娜;张亮;吕兵;严天;吴永佳;丁雁;户内变电站作为电网的重要组成部分，能耗高、散热差的问题受到了广泛关注。针对该问题提出了一种基于天空辐射制冷的储冷送风降温系统，对户内变电站进行冷却降温；搭建了该系统实验测试平台，对其储冷及降温性能进行测试；根据实测数据对建立的系统传热模型进行了验证。结果表明：该降温系统在夏季和秋季夜间均有良好的蓄冷性能，蓄冷水箱温度降幅分别达6.5℃和9.0℃，秋季日间用冷户内变电站模块室内平均温度稳定在18.0℃，而不采用该降温系统的室内温度为40.0℃，系统平均性能系数（coefficient of performance,COP）为8.38，系统降温节能效果显著；天空辐射制冷模块出口水温和总制冷量的实测值与模拟值的相对误差均小于5%，建立的系统传热模型可靠性好。该研究为户内变电站低能耗降温提供了一种节能方案，并为该方案的设计运行提供了理论基础。
基于FTA-FAHP的风力发电机组火灾事故致因分析
梅志恒;陆凯华;商溪林;针对风力发电机组频发的火灾事故，首先从人-机-环-管角度出发，通过统计分析近20年来全球81起风力发电机组火灾事故案例，得到了21项风力发电机组火灾事故的影响因素；然后通过事故树分析（fault tree analysis,FTA）法演绎推理得到了风力发电机组火灾事故各基本事件的逻辑关系，并根据结构重要度进行了火灾事故致因的定性分析；接着采用模糊层次分析（fuzzy analytic hierarchy process,FAHP）法，将事故树的基本事件从人、机、环、管4个方面整合，构建出风力发电机组火灾事故致因评价指标体系，并以结构重要度系数的顺序为模糊判断矩阵的赋值依据，进行了火灾事故致因的定量分析；最后，根据综合分析结果提出了风力发电机组火灾事故的对策措施。结果表明：机和环境的不安全因素是引发火灾事故的主要致因；电气设备故障和雷击是最主要因素。该研究成果可为风力发电机组的火灾防治提供理论参考。
基于组合赋权-可拓云理论的化工园区安全风险评估
马寒箫;邢志祥;鞠伟轶;吴凡;吴洁;为解决化工园区内事故频发的问题，提出了一种结合基于距离函数的组合赋权法和可拓云理论的新型风险评估模型。选择C市化工园区作为评估对象，首先建立了安全风险评估指标体系；其次采用基于距离函数的组合赋权法计算综合权重，并邀请专家对评估指标进行评分，确定了C市化工园区的安全风险值，以消除主客观权重误差；最后引入置信度因子，建立了风险值等级模型并进行安全风险评估。结果表明：C市化工园区的安全风险模糊等级特征期望值Exr为2.899 2，熵值Enr为0.023 8，安全风险等级为高，置信度因子Φ为0.008 2，均位于可信度区间内，表明研究结果的可信性较高。该模型为化工园区安全风险评估提供了一种新方法。
基于SEM-云物元的装配式桥梁施工绿色度评价
王凯;张嘉欣;任杰;罗时朋;张美霞;装配式桥梁施工通过在工厂异地预制桥梁构件、现场快速组装的方式，显著减少了现场施工时间和对环境的影响，已成为公路桥梁的主流建造方式。为科学评价装配式桥梁施工的绿色度，首先，在广泛调研的基础上，提出了装配式桥梁施工绿色度评价指标体系，通过对调查问卷的探索性因子分析、信度与聚合效度分析验证了评价指标体系的科学性和适用性，并基于结构方程模型（structural equation modelling,SEM）确定了评价指标权重，构建了装配式桥梁施工过程的绿色度评价体系；然后，基于云模型和物元可拓理论，构建了装配式桥梁施工绿色度评价模型；最后，应用该模型对安徽省G312合六界至迎宾大道交叉口段快速化改造工程中的装配式桥梁施工项目进行了分析。结果表明：该模型得出的绿色度评价结果与项目实际情况一致，验证了该模型的科学性和合理性。该研究为装配式桥梁的绿色施工评价提供了新方法。