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套管井地下储氢的数值模型
摘要。可再生能源发电成本的下降，加上电解技术的进步，表明绿色氢气生产可能是正在进行的能源转型中的可行选择。然而，绿色氢经济不仅需要生产解决方案，还需要存储选项，而这已被证明具有挑战性。一种尚未得到充分探索的解决方案是在套管井或竖井中地下储存氢气 (H 2 )。它的集成将带来实施的多功能性和广泛的适用性，因为它不需要特定的地质背景。本文的目的是评估这种新存储技术的技术可行性。准确预测温度和压力变化对于设计、材料选择和安全原因至关重要。这项工作使用基于质量和能量守恒方程的数值模型来模拟套管井中的储氢操作。研究表明，腔壁处的传热强烈影响温度和压力变化。这种影响因钻孔的几何形状提供显着的接触面积而加剧。因此，这种技术可以缓解极端压力和温度变化，并且在给定压力约束的情况下产生比传统洞穴更高的氢密度。结果表明，半径为 0.2 m 时，在最大压力为 50 MPa 时可达到 30 kg m − 3 的氢密度。在 4 小时内注入时，系统在最高温度和压力方面的响应相对线性，但随着注入时间的缩短，系统很快变为非线性。优化初始存储条件似乎对于最大限度地降低冷却成本和最大限度地提高存储质量至关重要。
选定地点的地下空间规划和开发
IN05/19-20 1. 引言 1.1 地下空间是额外的土地供应来源，常被誉为解决拥挤城市土地短缺问题的方法之一，它能创造新的地下空间用于合适用途，并释放宝贵的地面土地用于更合适的发展。 1 土地稀缺的香港也不例外，一直在寻找利用地下资源的方法。过去几十年，香港开展了多项地下空间开发研究，并于 1990 年代实施了一些地下空间项目，如污水处理厂和岩洞垃圾转运站。 2 然而，与一些海外地区相比，香港地下空间的用途仍然相当狭窄，大部分是公用设施和交通基础设施。此外，地下空间规划和开发的监管框架可能不是最新的，无法促进地下空间的发展。 1.2 应陈凯欣议员的要求，研究办公室进行了这项研究，以探讨地下空间的使用情况。新加坡和芬兰的赫尔辛基被选为研究其规划和开发 UGS 的驱动因素和障碍。新加坡面临着与香港类似的发展制约因素，最近加快了规划和开发 UGS 的努力，并引入了新的立法修正案以促进其发展。赫尔辛基的 UGS 用途多种多样，包括用于娱乐和社区目的，并且是世界上第一个为 UGS 制定城市总体规划的城市。本信息说明首先回顾了香港的 UGS 发展，然后介绍了
Storelectric 有限公司
经济实惠、可靠且具有弹性 安全、清洁、经济高效的真正电网规模（GW、GWh）电力存储和氢能技术。为什么需要储能？ 风能和太阳能等自然资源难以预测，只能在自然条件允许时发电，而不是在我们想要时，而且电网稳定性较差。 ♦ 我们提供大规模储能项目，实现稳定且经济实惠的可再生能源供应。 ♦ 我们是地质存储平台的开发商，拥有自己的流程、技术和位置。 ♦ 储能需求不断上升，要求规模大、持续时间长、效率高、稳定性、可操作性等，并且具有出色的成本效益。 电网成本 一旦可再生能源占电网电力的约 16% 以上，电网管理的挑战就会开始呈指数级增长。根据英国的经验，这些成本分为三类： ♦ ¼ 平衡成本，确保在任何给定时间都有足够的能源； ♦ ¼ 电网稳定性和可操作性成本，确保电网平稳运行； ♦ 电网加固成本减少一半，建设更多电网以适应间歇性，并连接更多工厂以实现平衡、稳定性、可操作性和相关服务。Storelectric 的工厂位置合适，解决了所有这些问题。例如，如果可再生能源直接连接到电网，分析师预测它们的规模将不得不增加三倍以上 - 并且每增加 GW 可再生能源（在英国）将产生约 12.5 亿英镑的电网加固成本，每年还要花费其中的 10% 来维护、运营和融资。另一方面，如果可再生能源通过大规模长时自然惯性存储（其中我们的 CAES 比其他所有能源都好得多）连接，电网加固可以减少约 ¾。电池无法做到这一点：它们的工厂寿命短、平均寿命电网到电网效率太低、缺乏实际惯性、制造资源稀缺、尺寸小、容量有限，因此它们仅适用于小规模的工作。它们可以设置为提供平衡、稳定性、可操作性、弹性和减少电网拥塞服务中的任何一种（它们无法为其他/高压电网部分提供黑启动，而且它们的稳定性服务基于低劣得多的“合成惯性”）——Storelectric 的解决方案可以提供所有这些服务（包括黑启动），因此我们的一个工厂可以同时提供一系列需要 4-6 个相同尺寸电池的服务。Storelectric 电力存储解决方案压缩空气储能 (CAES) 剩余的低价电力用于加压空气，将空气储存在地下容量非常大的盐穴中，就像目前世界各地储存的天然气一样。在需要时，释放这些空气以再生电能。它支持所有发电技术。与可再生能源相结合，它大大减少了电网连接和加固，并提高了储能和发电的盈利能力。它安全、地下深处，而且盐洞天然密封并可自封。该应用已在德国 Huntorf（自 1978 年起）和美国阿拉巴马州 McIntosh（1991 年）得到证实，它们既成功又安全，但效率只有 42-54%。Storelectric 的工厂将实现接近 70% 的效率和高达 100% 的可再生，并提供全天候的电网稳定性。它们可以满足全球的能源存储需求：世界各地都有合适的地质条件。Storelectric CAES 为何与众不同？Storelectric 的 CAES 可以独特地使现有和可再生能源发电更有利可图，大幅减少排放，并为国家和地区提供完整且负担得起的能源安全。该公司正在开发两种 CAES 技术：基于热能存储 (TES) 的绿色 CAES TM 和双燃料氢 CAES TM。 CCGT Hybrid TM 版本比氢 CAES 更高效、排放更低、功率更大。它们都可以提供实际惯性、无功功率/负载、电压/频率控制（全天候）和黑启动。这使得可靠且有弹性的能源转换和净零电网更加经济实惠且破坏性更小。
多步校准策略，用于可靠的参数确定盐岩力学组成模型
可再生氢在盐洞中的储存需要快速注入和生产速率，以应对能源生产和消费之间的不平衡。这种操作条件引起了人们对盐洞穴的机械稳定性的担忧。为盐学选择适当的构成模型是研究此问题的重要一步，文献中已经介绍了许多具有多个参数的本构模型。但是，基于应力应变数据，可靠地确定哪个模型和哪个参数代表给定岩石的强大校准策略仍然是一个未解决的挑战。在社区中，我们首次提出了一个多步策略，以根据许多用于盐岩的变形数据集确定单个参数集。为此，我们首先开发了一个综合的构造模型，能够捕获瞬态，反向和稳态蠕变的所有相关非线性变形物理。然后，通过将校准过程作为优化问题来实现单个代表性材料参数的确定，并为其使用该问题。动态数据集成是通过多步校准策略来实现的，对于一次可用的一个实验。此外，我们的校准策略可以灵活地考虑岩石样品之间的轻度异质性，从而产生一组代表变形数据集的参数。我们的绩效分析结果表明，提出的校准策略是可靠的。作为对所提出方法的严格数学分析，缺乏相关的实验数据集，我们考虑了广泛的合成实验数据，灵感来自文献中现有的稀疏相关数据。此外，随着包含更多数据进行校准，模型的精度变得越来越好。
矿业工程系
序号课程代码 课程名称 LTP 课程类型 1 MNC200 采矿要素 3-0-0 理论 2 MNC201 岩石破碎 3-0-0 理论 3 MNC202 矿山测量 3-0-0 理论 4 MNC203 矿山测量 实践 0-0-2 实践 5 MNC204 岩石破碎 实践 0-0-2 实践 6 MNC205 岩石力学 3-0-0 理论 7 MNC206 矿山通风 3-0-0 理论 8 MNC207 地下金属开采 3-0-0 理论 9 MNC208 地下煤矿开采 3-0-0 理论 10 MNC209 岩石力学 实践 0-0-2 实践 11 MNC210 矿山通风 实践 - I 0-0-2 实践 12 MNC300 露天采矿3-0-0 理论 13 MNC301 矿山规划与经济学 3-0-0 理论 14 MNC302 计算机辅助矿山规划 实践 0-0-3 实践 15 MNC303 矿山通风 实践 - II 0-0-2 实践 16 MNC304 矿山法规与安全 3-0-0 理论 17 MNC305 矿山自动化与数据分析 3-0-0 理论 18 MNC306 矿山数据分析 实践 0-0-2 实践 19 MNC307 数值建模/遥感与 GIS 实践 0-0-2 实践 20 MNC401 项目 - I 0-0-0 (6) 非接触式 21 MNC402 项目 - II 0-0-0 (6) 非接触式 22 MNC500 矿山数字化3-0-0 理论 23 MNC501 微波遥感 实践 0-0-2 实践 24 MNC502 地理空间数据建模 实践 0-0-2 实践 25 MNC503 矿山规划与设计 3-0-0 理论 26 MNC504 风险与工作场所安全管理 3-0-0 理论 27 MNC505 岩土力学 实践 0-0-2 实践 28 MNC506 计算机辅助矿山规划与设计 实践 0-0-3 实践 29 MNC508 地质统计学与矿山估价 3-0-0 理论 30 MNC509 矿山模拟与数据分析 实践 0-0-3 实践 31 MNC516 岩石开挖 实践 0-0-3 实践 32 MNC520 NATM 和 TBM 隧道施工3-0-0 理论 33 MNC523 矿山测量技术 3-0-0 理论 34 MNC524 地理信息系统 3-0-0 理论 35 MNC525 遥感与数字图像处理 3-0-0 理论 36 MNC527 大地测量与 GNSS 测量 3-0-0 理论 37 MNC528 高级测量 实践 0-0-3 实践 38 MNC529 GIS 实践 0-0-2 实践 39 MNC530 计算机辅助矿山规划与设计 3-0-0 理论 40 MNC531 微波遥感 3-0-0 理论 41 MNC532 遥感与图像处理 实践 0-0-3 实践 42 MNC533 测量营 0-0-2 实践 43 MNC534 地下空间岩土力学3-0-0 理论 44 MNC535 隧道和洞穴的开挖方法 3-0-0 理论 45 MNC536 计算地下通风和环境 3-0-0 理论 46 MNC537 计算地下通风和环境 实践 0-0-3 理论 47 MNC538 大规模生产采矿技术 3-0-0 理论 48 MNC539 计算地质力学和地面控制 3-0-0 理论 49 MNC540 采矿设备可靠性，可维护性和可用性 3-0-0 理论 50 MNC542 隧道和洞穴规划与设计 3-0-0 理论 51 MNC543 数值建模 实践 0-0-2 实践 52 MNC552 采矿高级建模技术 3-0-0 理论 53 MNC597 论文 0-0-0 (36) 非接触 54 MNC598 论文 0-0-0 (18) 非接触 55 MNC599 论文 0-0-0 (S/X) 审核 56 MNC700 研究方法 3-0-0 理论 57 MNS401 实习 0-0-0 (S/X) 审核 58 MNS402 金属矿山游览 0-0-0 (S/X) 审核
用于区域供热的地下热能储存
摘要 全球变暖是能源领域面临的最大挑战和最重要的问题之一。随着社会对能源的需求不断增加，必须继续减少对环境的影响才能实现全球目标。通过重新利用现有基础设施并将其转化为热能储存，可以显著加速城市能源所需的脱碳。在当今的瑞典，最常见的热源是区域供热，约占所有供热的 50%。在向更可持续的社会和能源系统转型的过程中，区域供热一直被认为是一种有效的解决方案，而且现在仍然如此。区域供热网络允许使用原本会被浪费的能源。我们代表 Norrenergi AB 进行了这项研究，目的是填补有关 Saltsjötunnel 和 Solnaverket 岩洞热水储存潜力的现有知识空白。在这项研究中，Saltsjötunnel 和岩洞被评估为潜在的热水热能储存。通过进行彻底的文献综述以及数值模拟和计算，评估了隧道和岩洞作为热能储存的用途。结果表明，Saltsjötunnel 内很难出现热分层，同时提出并讨论了将洞穴用作混合储存器的替代用途。岩石洞穴更适合转换为热能储存器，但应进行进一步研究以制定最佳策略。进行的研究还表明，在初始阶段，两个储存器预计都会有大量热量损失，并且在最初几年会急剧下降，大约 10 年后趋于稳定。虽然本研究中评估的两种能源/燃料（电力和颗粒）以及 Norrenergi 购买的能源/燃料都带有绿色标签，但进一步分析表明，电力对环境的影响最小。研究得出结论，将现有的地下洞穴转换为热能储存器可能会对 Norrenergi 的供热和供冷可持续性产生积极贡献。如果是这样，它将允许更有效地利用市政资产，储存多余的热量并以可持续的方式最大限度地减少碳密集型 DH 生产。因此，对于其他基于区域供热的城市能源系统而言，这可以看作是一种值得考虑的缓解气候影响的有趣技术。
墨西哥的Cenotes中的地下生物多样性
成千上万的人生活和旅行，穿越墨西哥最富有的自然和文化领域之一，墨西哥的尤卡坦半岛，玛雅文化蓬勃发展，仍然有很多证据表明其上升和衰落的证据。但是，尽管它是来自世界各地的访客大量涌入的地区之一，但问题是他们是否对地下世界中存在的隐藏生物多样性有任何了解？在尤卡坦半岛（Yucatan Peninsula）中，通过使用该国最大的地下含水层来满足人口的水需求，这是自从西班牙裔时期以来通过玛雅人称为“ D'Zonot”的Cenotes来获得的。整个历史都被玛雅文化作为黑社会的入口重视。在考古遗骸中，有可能在不同的仪式中确定其价值，尽管在葬礼仪式中使用的系统中仍然存在地下路径[1]。这是由于平台的喀斯特起源而可能被称为尤卡坦半岛的，并且在最近的地质时期逐渐出现，但这又是由于其暴露的冰川而被洪水淹没，这使几个室内的地球化学范围从地下室造成了巨大的差异，从而使整个地下室的差异很大。今天可以找到的仪表[2]。Cenotes已根据其形状，投手，封闭，开放，水状或圆柱形的形状进行分类，如果它们有陆地空间或完全被淹没，并且如果它们与内部海洋或咸水层的淡水层相互作用。有大量水流向海岸流动的cenotes，或者目前已知一些含有几乎没有流量和交换的水，因此在很长一段时间内一直处于季节性状态很长时间（图1）。尤卡坦半岛不是均匀的钙质板，因为它表现出骨折或地质断层以及不同的露头矩，这又允许建立不同的土壤，以及一些高度高达300米高的高度，高达300米高，需要与六个物理学相结合，与水和4.500相比，它与4,500 can相结合，而不是4.500 ca，则需要记录下来，其中许多是在墨西哥加勒比海沿岸形成的大型地下河流[3]的大型地下河流[3]，但也重要的省份，例如围绕Yucatán的Mérida围绕的Cenotes之环，并为所说的社区提供水。
GCC 中的氢气
• GCC 国家使用大量基于天然气的“灰色”氢气，约 8.4 公吨/年，占世界总量的约 7%。其中一些可能适合通过碳捕获、利用和储存 (CCUS) 进行改造。大多数氢气装置是炼油厂、钢厂和石化设施的一部分。气转液 (GTL) 约占该地区 H 2 消耗量的 39%，其次是石油炼制 (27%)、氨生产 (21%)、甲醇生产 (9%) 和钢铁制造 (4%)。 • GCC 拥有充足的低成本土地、低资本成本、现有的工业产能、优质的太阳能和（部分）风能资源，以及与增长市场的地理位置接近，使其处于成为绿色氢气生产商的绝佳位置。同样，其低成本的天然气和易于碳捕获、利用和储存 (CCUS) 使其能够生产具有成本竞争力的蓝色氢气。 • 目前，氢气生产并不是该地区石油和天然气公司 1 的首要任务，而是公用事业、发电厂开发商和行业的关注重点。海湾合作委员会有一个先进的大型绿色氢气生产项目，即由 Acwa Power 和 Air Products 开发的位于沙特阿拉伯西北部、投资 50 亿美元、年产 237 000 吨的 Neom Helios 项目。 • 目前氢气生产成本因技术和地区而异，预计长期来看会发生变化。随着技术的进步和碳定价的日益普及，“绿色”氢气可能比“蓝色”氢气更便宜。预计绿色氢气成本将从 2020 年的 3.5-7.5 美元/公斤降至 2030 年的 1.6-2.2 美元/公斤。 • 脱碳政策（尤其是在欧洲）对海湾合作委员会的碳氢化合物和能源密集型材料的出口构成风险。氢气可以直接出口，或者海湾合作委员会国家可以出口用蓝氢或绿氢制成的脱碳材料，如氨、钢、玻璃和化肥。•欧盟潜在的碳边境税可能会使石油、钢铁和木浆出口利润减少 10-65%，对欧盟和非欧盟商品生产商均有影响。海湾合作委员会国家被认为是受欧盟碳定价计划影响最大、抵御能力最差的国家之一。这可能鼓励增加氢衍生材料的产量，以减少出口到欧洲的能源密集型材料的碳足迹。•预计全球对绿色氢的需求将在中期内迅速增长至 5.3 亿吨，到 2050 年将取代 104 亿桶油当量，或占 2020 年全球石油产量的 37%。这应该促使海湾国家瞄准低碳出口产品。 • 管道运输氢气通常是长距离大量运输最具成本效益的方法，可以根据当地法规或合同以纯氢气形式或混合天然气形式进行运输。 • 然而，虽然管道将北非与南欧连接起来，但目前还没有从海湾合作委员会到欧洲的管道。液氢运输成本高，而液态有机氢载体的重量密度低且供应链复杂。氨价值链似乎是长距离运输 GCC 氢气最实用、最具成本效益的方法，而这也是 NEOM 所追求的方法。• GCC 地区在科威特、沙特-科威特中立区、阿联酋和阿曼拥有许多位置合适的盐矿，这些盐矿的洞穴可以提供低成本的氢气缓冲储存。• GCC 国家已开展了许多研发项目，包括针对不同用途的蓝氢和绿氢的可行性研究和试点项目。然而，需要分配更多的研发投资来加强技术专长、推动电解成本降低、创建基础设施网络和改进出口业务模式。 • GCC 应 (i) 将氢经济纳入 2020 年底巴黎协定国家自主贡献 (NDC) 的修订中，(ii) 建立欧盟与 GCC 之间的技术合作，协调法规和标准，(iii) 制定碳定价机制，和/或与包括欧洲 ETS 在内的其他碳定价计划建立联系，以鼓励使用氢气并刺激需求，从而创造扩大 H 2 市场的商业机会。 • 鉴于该行业处于早期阶段，对 GCC 氢能感兴趣的欧盟公司必须自行启动和开发项目，最有可能与大型海湾国家能源公司和战略投资工具合作。同时，他们应该促进支持性政策和意识建设。 • 欧洲的氢能战略主要侧重于绿色氢能。然而，为了实际实现其目标，至少在中期内，它将需要大量低成本的蓝色氢能。GCC 国家石油公司 (NOC) 可以瞄准这个欧洲市场，但需要参与以实现支持性法规和低碳材料出口的定价。 • 在绿色氢能方面，海湾合作委员会各国政府及其国家公用事业和工业界可以提议创建发电厂（电解槽）的下游项目，并生产氢衍生材料（可能是氨和钢铁）用于出口，其中欧盟实体将是独家承购商（自有需求）。包括针对不同用途的蓝氢和绿氢的可行性研究和试点项目。然而，需要分配更多的研发投资来加强技术专长，推动电解成本降低，建立基础设施网络并改进出口业务模式。 • GCC 应 (i) 将氢经济纳入 2020 年底《巴黎协定》国家自主贡献 (NDC) 的修订中，(ii) 建立欧盟-GCC 技术合作和协调法规和标准，(iii) 开发碳定价机制和/或与包括欧洲 ETS 在内的其他碳定价计划建立联系，以鼓励使用氢气并刺激需求，从而创造扩大 H 2 市场的商业机会。 • 鉴于该行业处于早期阶段，对 GCC 氢感兴趣的欧盟公司必须自己启动和开发项目，最有可能与大型海湾国家能源公司和战略投资工具合作。同时，他们应该促进支持性政策和意识建设。 • 欧洲的氢战略主要侧重于绿色氢。然而，为了切实实现其目标，至少在中期内，它将需要大量低成本的蓝氢。海湾合作委员会国家石油公司 (NOC) 可以瞄准这个欧洲市场，但需要参与争取支持低碳材料出口的法规和定价。• 在绿色氢方面，海湾合作委员会政府及其国家公用事业和工业可以提议在发电厂（电解器）的下游项目上进行创建，并生产氢衍生材料（可能是氨和钢铁）用于出口，其中欧盟实体将是独家承购商（自有需求）。包括针对不同用途的蓝氢和绿氢的可行性研究和试点项目。然而，需要分配更多的研发投资来加强技术专长，推动电解成本降低，建立基础设施网络并改进出口业务模式。 • GCC 应 (i) 将氢经济纳入 2020 年底《巴黎协定》国家自主贡献 (NDC) 的修订中，(ii) 建立欧盟-GCC 技术合作和协调法规和标准，(iii) 开发碳定价机制和/或与包括欧洲 ETS 在内的其他碳定价计划建立联系，以鼓励使用氢气并刺激需求，从而创造扩大 H 2 市场的商业机会。 • 鉴于该行业处于早期阶段，对 GCC 氢感兴趣的欧盟公司必须自己启动和开发项目，最有可能与大型海湾国家能源公司和战略投资工具合作。同时，他们应该促进支持性政策和意识建设。 • 欧洲的氢战略主要侧重于绿色氢。然而，为了切实实现其目标，至少在中期内，它将需要大量低成本的蓝氢。海湾合作委员会国家石油公司 (NOC) 可以瞄准这个欧洲市场，但需要参与争取支持低碳材料出口的法规和定价。• 在绿色氢方面，海湾合作委员会政府及其国家公用事业和工业可以提议在发电厂（电解器）的下游项目上进行创建，并生产氢衍生材料（可能是氨和钢铁）用于出口，其中欧盟实体将是独家承购商（自有需求）。至少在中期内，它将需要大量低成本的蓝氢。海湾合作委员会国家石油公司 (NOC) 可以瞄准这个欧洲市场，但需要参与争取支持低碳材料出口的法规和定价。• 在绿色氢方面，海湾合作委员会政府及其国家公用事业和工业可以提议在发电厂（电解器）的下游项目上进行创建，并生产氢衍生材料（可能是氨和钢铁）用于出口，其中欧盟实体将是独家承购商（自有需求）。至少在中期内，它将需要大量低成本的蓝氢。海湾合作委员会国家石油公司 (NOC) 可以瞄准这个欧洲市场，但需要参与争取支持低碳材料出口的法规和定价。• 在绿色氢方面，海湾合作委员会政府及其国家公用事业和工业可以提议在发电厂（电解器）的下游项目上进行创建，并生产氢衍生材料（可能是氨和钢铁）用于出口，其中欧盟实体将是独家承购商（自有需求）。