聚光太阳能-地热储能系统多参数耦合仿真的正交试验优化与经济性评估

王焰新; 蒋恕; 胡帆; 马冲; 周敏敏; 李满; 胡大伟; 张国华; 叶灿滔; 龚宇烈

doi:10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250526

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聚光太阳能-地热储能系统多参数耦合仿真的正交试验优化与经济性评估

更新时间：2026-11-05

- 聚光太阳能-地热储能系统多参数耦合仿真的正交试验优化与经济性评估
- Bulletin of Geological Science and Technology Vol. 45, Issue 3, Pages: 1-14(2026)
- 作者机构：
  
  1. 中国地质大学(武汉)新能源学院深层地热富集机理与高效开发全国重点实验室
  2. 中国地质大学(武汉)内蒙古研究院
  3. 东南大学能源与环境学院能源热转换及其过程测控教育部重点实验室
  4. 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程安全全国重点实验室
  5. 中国科学院广州能源研究所
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250526
  CLC： TK511;TK521
- Published：2026
- 稿件说明：
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王焰新, 蒋恕, 胡帆, et al. 聚光太阳能-地热储能系统多参数耦合仿真的正交试验优化与经济性评估[J]. Bulletin of Geological Science and Technology, 2026, 45(3): 1-14.
DOI：

王焰新, 蒋恕, 胡帆, et al. 聚光太阳能-地热储能系统多参数耦合仿真的正交试验优化与经济性评估[J]. Bulletin of Geological Science and Technology, 2026, 45(3): 1-14. DOI： 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250526.

摘要

通过数值仿真方法及正交试验设计，对新型聚光太阳能-地热长时储能系统（GEO-CSP）开展前期先验研究，旨在综合评估系统参数性能及其经济可行性。该系统通过聚光太阳能加热工质至高温，通过注入井将热能储存于地下储层，从而提升地层储热能力。采用多软件协同耦合仿真方法：SG-塔式软件通过光线追踪计算定日镜场集热性能；COMSOL多物理场模型模拟地下储层热-流耦合传热，分析注入温度和流量以及储层特征对地层储热效率的影响；MATLAB/Simulink构建两级闪蒸发电模型并仿真发电过程。基于27组正交试验设计分析，结果表明最优工况下（如：350℃注入温度、100 m

/h注入流量）地层储热效率可达93.6%、地热发电效率达33.5%。参数敏感性分析显示，注入温度与注入流量是影响系统性能的主控因素（贡献率分别为78.3%和14.0%）；典型工况下，100 m左右的储层厚度能够平衡热交换效率与热损失，实现系统综合性能最优化。经济性分析表明，枯竭油气藏改造场景下，其投资回收期缩短至5 a以内，30 a生命周期内1对井的累计净收益达3 153.67万元。本先验研究可为太阳能-地热耦合储能协同发电体系的参数优化和工程应用提供理论依据，对推动可再生能源长时储能技术发展具有重要意义。

Abstract

关键词

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Matthias Herrmann,Paul Fleuchaus,Bas Godschalk,Michaël Verbiest,Stig Niemi Sørensen,Philipp Blum.Capital costs of aquifer thermal energy storage (ATES): a review[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews,2026.

Ming Wu,Zaobao Liu,Yu Qin,Kaibo Su,Zhan Yu.Thermal Property of Reservoir Rocks at Thermal–Mechanical Coupled Conditions and Resultant Impact on Performance of Geothermal Systems[J].Rock Mechanics and Rock Engineering,2025.

Bryan Higgins,Lincoln Pratson,Dalia Patiño Echeverri.Techno-economic assessment of repurposing oil & gas wells for Enhanced Geothermal Systems: A New Mexico, USA feasibility study[J].Energy Conversion and Management: X,2024.

N. Channa Keshava Naik,R. Krishna Priya,Ümit Ağbulut,Ali Etem Gürel,Saboor Shaik,Ali Nasser Alzaed,Mamdooh Alwetaishi,Ahmad Aziz Alahmadi.Experimental and numerical analysis of the thermal performance of pebble solar thermal collector[J].Heliyon,2024.

Lei Sun,Xuhai Tang,Kareem Ramzy Aboayanah,Xiangyu Xu,Quansheng Liu,Giovanni Grasselli.Coupled hydro-mechanical two-phase flow model in fractured porous medium with the combined finite-discrete element method[J].Engineering with Computers,2024.

Zhang Kai,Jiang Shu,Chen Zhangxin,Li Hangyu,Liu Shuyang.Geothermal development associated with enhanced hydrocarbon recovery and geological CO2 storage in oil and gas fields in Canada[J].Energy Conversion and Management,2023.

Paul Fleuchaus,Simon Schüppler,Martin Bloemendal,Luca Guglielmetti,Oliver Opel,Philipp Blum.Risk analysis of High-Temperature Aquifer Thermal Energy Storage (HT-ATES)[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews,2020.

Massomeh Alibaba,Razieh Pourdarbani,Mohammad Hasan Khoshgoftar Manesh,Guillermo Valencia Ochoa,Jorge Duarte Forero.Thermodynamic, exergo-economic and exergo-environmental analysis of hybrid geothermal-solar power plant based on ORC cycle using emergy concept[J].Heliyon,2020.

Likui Yu,Xiaotian Wu,N.M.S. Hassan,Yadan Wang,Weiwu Ma,Gang Liu.Modified zipper fracturing in enhanced geothermal system reservoir and heat extraction optimization via orthogonal design[J].Renewable Energy,2020.

Aberdeen Business School, Robert Gordon University, Garthdee Road, Aberdeen AB10 7QB, UK,Aberdeen Business School, Robert Gordon University, Garthdee Road, Aberdeen AB10 7QB, UK,Aberdeen Business School, Robert Gordon University, Garthdee Road, Aberdeen AB10 7QB, UK.Better estimates of LCOE from audited accounts – A new methodology with examples from United Kingdom offshore wind and CCGT[J].Energy Policy,2019.

Paul Fleuchaus,Bas Godschalk,Ingrid Stober,Philipp Blum.Worldwide application of aquifer thermal energy storage – A review[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews,2018.

Xianzhi Song,Yu Shi,Gensheng Li,Ruiyue Yang,Gaosheng Wang,Rui Zheng,Jiacheng Li,Zehao Lyu.Numerical simulation of heat extraction performance in enhanced geothermal system with multilateral wells[J].Applied Energy,2018.

A. Dobos,T. Neises,M. Wagner.Advances in CSP Simulation Technology in the System Advisor Model[J].Energy Procedia,2014.

周治,张思远,杨根本,郜振鑫.塔式太阳能热发电站不同镜场布置方法分项效率研究[J].太阳能学报,2025(08).

王轲,刘明亮,师红杰,卫兴,黄丽浈.西藏卡吾地热水地球化学特征及其成因机制[J].地质科技通报,2025(04).

肖鑫,杨耿,王云峰.基于TRNSYS的太阳能梯级蓄热热泵系统模拟[J].化工学报,2025(S1).

李根生,黄中伟,史怀忠,杨睿月,武晓光,王天宇,谷子昂.柔性钻具侧钻短半径双分支水平井成井-压裂关键技术[J].中国石油大学学报(自然科学版),2025(02).

刘先录,胡光明,肖红平,周玉钦,张庭瑀,饶松.松辽盆地重点油区水热型砂岩地热储层评价[J].地质科技通报,2025(04).

高海涛,明智源,赵丹.储热技术研究展望[J].能源与环保,2024(08).

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王延欣.枯竭油气藏储集库储热供暖耦合CO_2封存性能分析[J].地质科技通报,2024(03).

代钊恺,杨现禹,解经宇,张健,侯继武,刘梦娟,蔡记华.纳米流体地热循环换热实验研究[J].地质科技通报,2024(03).

李娜娜,陶诚,孔彦龙,白冰,熊萍,赵晏强.全球地热发电现状与研究进展[J].热力发电,2024(06).

刘亚从,蔺峰,芦啸,卢潇.兰州大成敦煌熔盐线性菲涅尔式光热发电项目示范作用研究[J].发展,2023(08).

陈浩,张彦,王鑫煜.太阳能-地热复合供热系统设计优化与运行特性分析[J].节能,2023(06).

蒋恕,张凯,杜凤双,崔国栋.二氧化碳地质封存及提高油气和地热采收率技术进展与展望[J].地球科学,2023(07).

崔俊艳,李胜涛,姚亚辉,刘东林,刘伟朋,王君照.土耳其地热能产业发展对中国的启示[J].中国地质,2023(05).

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王沣浩,蔡皖龙,王铭,高远,刘俊,王志华,徐晗.地热能供热技术研究现状及展望[J].制冷学报,2021(01).

段云星,杨浩.增强型地热系统采热性能影响因素分析[J].吉林大学学报(地球科学版),2020(04).

孔彦龙,庞忠和,邵亥冰,潘晟,孙彩霞,郭世炎,刘世良,Olaf Kolditz,汪集暘.面向成本的中深层地热储群井采灌优化布局研究[J].科技促进发展,2020(Z1).

徐琼辉,龚宇烈,骆超,姚远,陆振能,马伟斌.太阳能-地热能联合发电系统研究进展[J].新能源进展,2016(05).

蒋红斌,张凯,杨永安,张海柱.正交实验在环境监测和分析中的研究进展[J].四川环境,2016(02).

孔维臻,余瑞祥,陈宁.基于净现值法的地热供暖项目投资分析[J].中国矿业,2012(09).

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