研究衡量瑞士的潛在地熱供暖能力

EPFL博士 學生已經計算出在沃州和日內瓦州使用地源熱泵理論上可以提取的最大地熱能。在一項將此類系統可用區域的數據與計算機建模技術相結合的研究中，她發現了城市熱區與農村熱能之間的巨大差異。

瑞士是歐洲最依賴地熱能供住宅供暖的國家之一。通過能源的瑞士聯邦辦公室在2019年進行的一項研究發現，全國有101600地源熱泵(地源熱泵) -在“每平方公里最高濃度的世界。” 這些泵中有許多安裝在居民區，深度不超過400米，并使用垂直閉環系統將熱量循環到地面。

地源熱泵的優點是它們對環境的影響很小。由于地熱能是一種穩定的熱源，它們可以全年為房屋和建筑物供暖。它們為供熱行業的脫碳提供了一個有前途的替代方案。在瑞士，建筑物的供暖和制冷系統占總能源需求的三分之一，該國75%的能源來自石油和天然氣等化石燃料。

有限的能源

2017年，時任瑞士聯邦主席的多里斯·洛伊特哈德(Doris Leuthard)將地熱能稱為“令人難以置信的能源”，但警告說它不是無限的。需要根據特定規則將其提取。例如，在GSHP中使用的井壁熱交換器應安裝一定距離，以防止熱干擾(相當于熱交換器的短路)并防止地面冷卻。“傳熱流體吸收了地下的熱量，”博士Alina Walch說。EPFL的太陽能和建筑物理實驗室的學生。“如果將太多的這些交換器裝在一個狹小的空間中，地面將冷卻下來，這是我們絕對需要避免的事情。”

熱干擾是包括Walch在內的一組科學家在11月18日發表于可再生能源的一項研究中考慮的因素之一。他們計算了沃州和日內瓦州的GSHP的技術潛力。她說：“技術潛力是，假設兩個州的熱能泵至少使用其額定功率的80%，則熱泵可以利用兩個州的所有可用區域提取最大的地熱能。”

研究小組使用瑞士現有的地形數據估算了可用面積，但從研究中排除了建筑環境和自然棲息地(例如森林)。然后，他們根據地面溫度，導熱系數和熱擴散系數等因素模擬了安裝在該區域的GSHP。Walch說：“我們結合了各種技術約束，并估計了既能滿足安裝標準又能使可提取熱量最大化的最佳井眼間距。”

他們的研究是在瑞士進行的首次規模研究，不僅考慮了地面的地熱容量，還考慮了GSHP的技術局限性。科學家估計，他們研究的區域的年度技術潛力為4.6 TWh，約占其總供暖需求的三分之一。他們還計算出最大能量密度為15.5 kWh / m 2。瓦爾希說：“地熱能只能作為該地區唯一的能源。它可以滿足許多郊區和農村地區的需求，但在城市中心將遠遠不足。” 城市規劃人員可以在GSHP系統部署的技術和經濟可行性研究中使用此信息。

研究小組還發現，累積的鉆孔深度每公頃不應該超過2 km，以避免過度利用地面的熱容量。

Walch強調他們的發現目前僅是理論上的。該研究未考慮潛水區和地下水流等局部現象，這些現象會影響地面冷卻所需的時間。在安裝鉆孔熱交換器之前，必須鉆探測試孔。

該小組希望通過量化淺層地熱能的熱量產生能力，并指出需要更多能源的地區，他們的工作將為瑞士供熱部門的脫碳戰略提供參考。“我們的最終目標是進行全國性研究，并將這些發現與其他類型可再生能源的類似發現結合起來” Walch表示，他還進行了一項研究，以評估瑞士的潛在太陽能發電容量。“重要的是，估算與熱需求無關的技術潛力。我們希望使用這兩種可再生能源的數據來評估結合了地熱和太陽能的混合動力系統的容量。”