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电场辅助增强型地热系统开采干热岩的可行性研究

增强型地热,电渗流,干热岩储层,渗流传热

干热岩地热能是一种丰富且可持续的能源资源。在现有的开采方式中，EGS是最具实际可行性的方案，但仍面临热突破快、运行寿命短及热衰减迅速等问题。为克服这些局限，本研究提出了一种电增强型地热系统（EEGS），通过电渗流主动调控流体与热量传输。构建了一个新的热–水–电耦合模型，综合考虑了达西流、电渗流、热对流、传导及焦耳热效应，并通过解析解进行了验证。基于生产井处温度演化及其导数，识别出热响应的四个阶段：裂隙主导的加速传热阶段，裂隙–基质交换主导的减速阶段，基质主导的加速传热阶段，以及稳态传导阶段。施加与自然流动方向相反的200 V直流电场可使热突破时间从31.7年延迟至59.2年（延迟86.7%），并将80年时的平均出口温度从379.97 K提升至478.53 K（提升25.95%）。结果表明，电渗流在传输调控中起主导作用，而焦耳热影响可忽略。参数研究显示，将注入压力从79 MPa提高至88 MPa会使热突破时间从66.4年提前至24.5年（缩短63.2%）；而将注入温度从313.15 K降低至288.15 K则会使热突破从39.1年提前至28.9年（缩短26.1%）。经济性评估表明，EEGS具有显著的经济可行性，其能源投资回报率大于1，尤其在与弃风或弃光电力结合时表现突出。EEGS为提高地热能效率与寿命提供了一种非热机制，并可灵活与间歇性可再生能源（如风能或太阳能）结合，实现热稳定性更高、能量输出更可持续的混合系统。