近日，江蘇省科學技術廳發(fā)布了2019年度江蘇省科學技術獎獲獎名單。江蘇省科學技術獎是江蘇省科技領域最高級別的獎項，旨在獎勵在省內(nèi)科學技術活動中作出突出貢獻的單位和個人。獲獎名單中，南京大學地球科學與工程學院李曉昭教授牽頭項目“淺層地熱能高效可持續(xù)開發(fā)關鍵技術及應用”獲得2019年度江蘇省科學技術獎一等獎。

南京大學地球科學與工程學院李曉昭教授

2004年以來，在國家自然基金、相關調(diào)查規(guī)劃、科技攻關、國際合作等項目持續(xù)資助下，歷經(jīng)10余年研究探索，項目主要創(chuàng)新性成果包括：創(chuàng)新的理論、裝備與評估方法，推動資源稟賦精細識別與因地制宜高效開發(fā);解決了能源地下結構理論難題，突破中國城市建筑密集的淺地熱開發(fā)制約;研發(fā)關鍵技術與開發(fā)模式，實現(xiàn)淺層地熱能資源規(guī)模化、高效可持續(xù)開發(fā)。

據(jù)悉，該項目成果已成功運用于40余個項目，支撐了多個城市及省域淺層地熱能調(diào)查規(guī)劃，大型試驗與觀測系統(tǒng)，成為國家與省市調(diào)查推廣計劃示范基地。并建立了淺層地熱能開發(fā)誘發(fā)冷熱堆積等典型效應的試驗觀測基地，主持編制了首部淺層地熱能開發(fā)利用地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測規(guī)范，研發(fā)了預測模擬系統(tǒng)和關鍵調(diào)控技術，為淺層地熱能穩(wěn)定、可持續(xù)開發(fā)奠定了技術基礎。

本項目成果中大型開/閉式水源熱泵系統(tǒng)開創(chuàng)性技術探索，支撐了多項示范工程和重大項目：大型閉式水源熱泵系統(tǒng)模塊化設計方法與施工技術的成功應用，實現(xiàn)了有限水域規(guī)模化冷熱提取，成為住建部示范項目。機組改進+智能泵送與溫差控制+蓄能系統(tǒng)等系列技術，開創(chuàng)了大規(guī)模江水源供冷熱，并成功實現(xiàn)了低溫(僅6℃)、100%無輔熱的大規(guī)模取熱。另外，淺層地熱能建造運維一體規(guī)模化開發(fā)模式與關鍵技術推廣應用效果顯著。示范園區(qū) 25 年使用期投資運行成本可節(jié)省 23.3%，榮獲建筑節(jié)能示范區(qū)稱號和全國綠色建筑創(chuàng)新獎。

經(jīng)國內(nèi)國外院士專家鑒定，該項目總體達國際先進水平、核心理論技術國際領先。本研究獲專利32項(發(fā)明10項)、軟件著作權7項，主/參編工法2項、標準4部，發(fā)表論文40 篇。記者了解，此次榮獲2019年度江蘇省科學技術獎一等獎的“淺層地熱能高效可持續(xù)開發(fā)關鍵技術及應用”項目由南京大學、中國地質(zhì)科學院、山東亞特爾集團股份有限公司、南京豐盛新能源科技股份有限公司、蘇交科集團股份有限公司、南京吉坦工程技術有限公司、江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局、山東大學共同完成。

“淺層地熱能高效可持續(xù)開發(fā)關鍵技術及應用”主要創(chuàng)新性成果：

(1)創(chuàng)新理論、裝備與評估方法，推動資源稟賦精細識別與因地制宜高效開發(fā)：突破目前多孔介質(zhì)熱物性模型假設，揭示了土體成因與內(nèi)在結構對其宏觀熱物性影響機理;提出了關鍵換熱地層與換熱器理想埋深概念，研發(fā)了分層熱物性與換熱能力計算方法并測試系統(tǒng);開發(fā)了首套淺層地熱能資源評估系統(tǒng)。應用于國家、地方多個城市調(diào)查計劃及重大工程，識別出不同區(qū)域優(yōu)勢資源稟賦與理想地層，為因地制宜高效開發(fā)提供了理論技術支撐。

(2)解決能源地下結構理論難題，突破中國城市建筑密集的淺地熱開發(fā)制約：中國城市建筑密度高，傳統(tǒng)地埋管技術沒有足夠場地打孔。利用地下結構提取地熱能，可不打或少打孔，但其誘發(fā)地下結構承載力變化是國際挑戰(zhàn)性難題。研發(fā)了能源地下結構綜合試驗平臺，通過大尺度模型與原位試驗揭示了其荷載傳遞、結構與圍巖相互作用機理，提出了能源地下結構熱力耦合內(nèi)力計算方法，改進了能源地下結構換熱效率與施工技術，拓展了建筑密集區(qū)淺層地熱能開發(fā)潛力。

(3)研發(fā)關鍵技術與開發(fā)模式，實現(xiàn)淺層地熱能資源規(guī)模化、高效可持續(xù)開發(fā)：針對大量系統(tǒng)性能逐年惡化、環(huán)境效應不斷涌現(xiàn)的嚴峻問題，識別出九種典型淺層地熱能開發(fā)誘發(fā)的環(huán)境效應影響模式，建立了近似動態(tài)地埋管冷熱堆積預測計算方法，開發(fā)了地源熱泵優(yōu)化設計軟件系統(tǒng)，主編了首部《淺層地熱能開發(fā)利用地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》;通過熱濕解耦末端處理技術實現(xiàn)了高能效開發(fā)與高品質(zhì)供給;形成開式系統(tǒng)尾水處理與閉式系統(tǒng)水域拋管技術，通過機組改進、智能泵送與溫差控制、熱泵與蓄能結合實現(xiàn)了無需補熱的低溫取熱和大規(guī)模輸運能損降低，開創(chuàng)大型江水源熱泵系統(tǒng)應用;探索建造運維一體的規(guī)模化開發(fā)模式與技術，降低成本并大大提高運行效率與資源利用率。