《寒区地温能应用技术研究及工程示范》项目系黑龙江省地质矿产局投资科研项目，总投资额1000万元，是我省首次就寒区地温能应用进行的综合性科研项目，项目开展周期为2015年11月至2018年8月。课题组通过对严寒地区地温能埋藏深度、储层基础温度、沉积环境、构造条件等地质参数，首先确定中生代岩体为取热对象，并配套研发了适用于2000m深度的高效取热设备和现场测试设备；为了减少地热流体上行时发生逆流热短路消耗热能，课题组研发了导热系数在0.08-0.12w/m·k的保温材料，并已投入工程应用；项目通过3800余万次的地下温度场监测，和地面供热设备的电力、水力系统监测数据，确定了中深层地温能最佳的经济运行和节能运行模式。 （1）针对黑龙江省寒区地温能地质资源赋存特点，改进研发了一种适用于中深层地温能采集的高效换热设备，并取得专利3项。该换热器可以用于2000m以浅寒区地温能的高效开采，其外壁采用钛纳米喷涂防腐技术，使用寿命长达70年。并在2016年第十八届全国科技工作者创新创业大赛中以《一种寒区地温能开采装置》获得银奖。 （2）基于寒区地温能资源的地质属性，项目组进行了150m、200m、300m、400m、500m、600m、700m、2000m热源井施工，同时进行了同一深度不同热源井口径的换热效率横向比较研究，并系统监测了至少一个采暖期实际数据。建立了适用于我省地温能地质条件的传热分析模型，并且初步建立了寒区地温能可持续开采量评价方法理论体系。该体系的建立，可以在“地源热泵清洁供暖工程”可研阶段指导热源设计，基本解决了寒区由于没有制冷需求导致地源热泵供热系统地下温度场冷热不均衡的技术瓶颈。 （3）改进了地温能地质勘查设备，研发了适用于中深层地温能原位测试的热响应测试平台，并取得了专利1项。该平台操作方便可以用于项目设计前勘查工作，通过原位试验可以精确确定单孔换热量、井间距和综合热物性参数。通过该设备实地测试，可以避免出现地源热泵供暖工程中，热源侧井数不够导致供热温度不达标和井数过多导致资金浪费的情况。 （4）根据热泵设备特性，考虑蒸发侧可以较高效率稳定运行，且兼顾开采地温能资源技术和经济指标，求解了蒸发侧进水温度与热源井深度关系最佳配置点。根据实测数据，在2000m热源井条件下，机组cop大于5.5。为了降低换热介质上行过程中温度损耗，保证出口温度，项目组研发了创新性保温材料（MEP），获得专利1项，并在2018年海航杯全国军工新材料比赛中以参赛项目《一种塑料保温改性剂MEP的制备及应用》获得金奖。 （5）通过工程示范，分别在民用住宅、办公建筑、大跨度高举架工业厂房和农业温室大棚进行了至少一个采暖期的供暖示范，同时分别对单孔供热、群孔供热分别进行了系统监测。数据显示，①地面供热系统稳定运行，运行成本比集中供热降低50%左右，且环境效益明显；②地下温度场在预设期限内（下季度采暖期前）完全恢复至初始水平，从数据上直接证实了中深层地温能资源的可持续性。 （6）在施工工艺方面，发挥地质学科优势，针对寒区不同地区地质条件改进了钻机设备，大大降低了深井钻凿成本，为中深层地温能（2000m）供暖推广降低了经济准入条件。 （7）在理论研究方面：①针对黑龙江区域地温能资源条件，进行了地质参数约束传热分析，进而对我省2000m以浅地温能资源禀赋初步区划；②对同轴式套管换热器阻力建立了求解程序，并对该种换热器温度场分布求得了近似解析解。 黑龙江省由于自然地理条件，节能减排任务相对更重。中深层寒区地温能是一种可持续开发利用的绿色地质资源，其资源量巨大且普遍赋存于地下岩层中。由黑龙江省自然资源厅主持研发的寒区地温能清洁供暖技术，具有扎实的理论基础并经过了实践检验，具有重要的社会经济意义和广阔的推广价值。同时，该技术可以对我省践行“既要温暖过冬，又要蓝天白云”号召，打赢蓝天保卫战，提供充足绿色资源保障。 表1：项目科研期间取得相关专利 1 一种网络连通式地热能开采装置 实用新型 ZL201620204100.0 2 一种寒区地温能开采装置 实用新型 ZL201620218272.3 3 寒区地温能热、冷响应试验平台 实用新型 ZL201620523864.6 4 一种实验室用蒸汽发泡模具 实用新型 ZL201621428162.6 5 哑铃型塑料样条拉伸测试夹持装置 实用新型 ZL201621428163.0

黑龙江省九〇四水文地质工程地质勘察院

该项目为储备库项目资源，暂无效益分析内容。