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

近日，中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所研究員蔣方明團(tuán)隊(duì)與中國(guó)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(tuán)隊(duì)合作，在超長(zhǎng)重力熱管地?zé)衢_(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(jié)構(gòu)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(yùn)藏著巨量的地?zé)豳Y源，足以滿(mǎn)足人類(lèi)數(shù)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(guī)模開(kāi)發(fā)利用。傳統(tǒng)的“取水用熱”地?zé)衢_(kāi)發(fā)利用技術(shù)可能導(dǎo)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(shè)備腐蝕結(jié)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(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)（EGS）推進(jìn)緩慢，人工造儲(chǔ)、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?zé)豳Y源可以有效避免“取水用熱”和EGS地?zé)衢_(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(zhǎng)度延長(zhǎng)后傳熱性能大幅下降甚至運(yùn)行失敗。將重力熱管擴(kuò)展到數(shù)千米長(zhǎng)度、滿(mǎn)足深部地?zé)衢_(kāi)發(fā)的應(yīng)用需求，仍具有極大的挑戰(zhàn)。

研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的資助下，研究發(fā)明了具有階梯回流結(jié)構(gòu)的重力熱管。這種創(chuàng)新性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(xiàn)數(shù)公里長(zhǎng)度超長(zhǎng)重力熱管的穩(wěn)定運(yùn)行，再結(jié)合熱管工質(zhì)流體的優(yōu)選，可以使超長(zhǎng)重力熱管獲得卓越的傳熱能力。

研究團(tuán)隊(duì)研制了一根以氨作為工質(zhì)的4149米長(zhǎng)度的重力熱管并安裝在河北雄安一口地?zé)嵘罹畠?nèi)。取熱實(shí)驗(yàn)證明了該超長(zhǎng)重力熱管地?zé)嵯到y(tǒng)的連續(xù)熱產(chǎn)出可以超過(guò)1兆瓦，熱管徑向截面的熱通量達(dá)4×107瓦特每平方米。

此外，研究團(tuán)隊(duì)提出了熱管蒸汽直驅(qū)發(fā)電的地?zé)岚l(fā)電技術(shù)方案，首創(chuàng)熱管產(chǎn)出氨蒸汽直接驅(qū)動(dòng)的地?zé)岚l(fā)電機(jī)組，并與熱管地?zé)衢_(kāi)采系統(tǒng)集成?；谠撛硌兄频臉訖C(jī)在72小時(shí)發(fā)電測(cè)試中能夠以大約7千瓦功率穩(wěn)定發(fā)電，確證了該地?zé)岚l(fā)電技術(shù)路線的可行性。

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