概述了可燃冰的基本概况,简述了国内外可燃冰和地热能的勘探开发方式现状,提出了CO2置换联合地热开采陆域可燃冰-地质封存一体化技术,并分析了该技术的优势,概括了其在技术、投资及环境层面存在的不足和挑战,并对其发展前景进行了展望。
针对季节性冻土区路基冻害问题,提出引入人工供热技术,构建新型主动供热式路基。在对比各类热源技术特征与资源条件的基础上,设计与制作一款路基专用地源热泵型供热装置。装置采用直接膨胀式换热形式,换热器为小直径螺旋盘管,便于机械化钻孔布设与"孤岛"运行,通过模型试验研究其制热性能及能效性影响规律。结果表明,季节性冻土区的地热能利用具有良好的技术性和资源性条件,装置在冬季的供热温度可达50℃以上,吸热温度可达-10℃以下。土体热扩散率与升温幅度随着与热泵距离的增大而减小,日均有效制热系数(COP)先增大、后减小,最大COP可达4.16。热泵制热性能受到供热段土体温度的显著影响,环境温度对其影响不显著,供热性能稳定。面向单线铁路路基快速解冻抢险时,建议热泵布置间距取1.5 m～3.0 m,供热容量宜设计为0.6 kW～1.8 kW,长期运行时应合理控制启停时间比例与供热温度水平。
针对寒区路基冻胀问题,提出一种路基专用地源热泵型供热装置,构建能够主动控制热量收支和温度变化的"热能转化式"路基。为明确热泵冷凝器型式和运行模式对换热温度的影响,设计两种冷凝器盘管方案,并进行4种不同启停比的试验测试。结果表明:在连续运行模式下,冷凝器铜管螺旋间距为20 cm时,最高冷凝温度可达45℃,平均供热温度为40℃。蒸发温度可达-10℃以下,并随着冷凝温度的提高而降低。当螺旋间距为5 cm时,平均供热温度为70℃,蒸发温度随着冷凝温度的提高呈先降低、后升高的规律,冷凝器周围容易出现热堆积现象。随着启停比的减小,供热温度逐渐降低,但制热系数逐渐升高。在设计阶段应合理选择换热器盘管间距,在运行阶段合理控制启停比,从而实现对冷凝温度的动态调控。
