研究衡量瑞士的潜在地热供暖能力

EPFL博士 学生已经计算出在沃州和日内瓦州使用地源热泵理论上可以提取的最大地热能。在一项将此类系统可用区域的数据与计算机建模技术相结合的研究中，她发现了城市热区与农村热能之间的巨大差异。

瑞士是欧洲最依赖地热能供住宅供暖的国家之一。通过能源的瑞士联邦办公室在2019年进行的一项研究发现，全国有101600地源热泵(地源热泵) -在“每平方公里最高浓度的世界。” 这些泵中有许多安装在居民区，深度不超过400米，并使用垂直闭环系统将热量循环到地面。

地源热泵的优点是它们对环境的影响很小。由于地热能是一种稳定的热源，它们可以全年为房屋和建筑物供暖。它们为供热行业的脱碳提供了一个有前途的替代方案。在瑞士，建筑物的供暖和制冷系统占总能源需求的三分之一，该国75%的能源来自石油和天然气等化石燃料。

有限的能源

2017年，时任瑞士联邦主席的多里斯·洛伊特哈德(Doris Leuthard)将地热能称为“令人难以置信的能源”，但警告说它不是无限的。需要根据特定规则将其提取。例如，在GSHP中使用的井壁热交换器应安装一定距离，以防止热干扰(相当于热交换器的短路)并防止地面冷却。“传热流体吸收了地下的热量，”博士Alina Walch说。EPFL的太阳能和建筑物理实验室的学生。“如果将太多的这些交换器装在一个狭小的空间中，地面将冷却下来，这是我们绝对需要避免的事情。”

热干扰是包括Walch在内的一组科学家在11月18日发表于可再生能源的一项研究中考虑的因素之一。他们计算了沃州和日内瓦州的GSHP的技术潜力。她说：“技术潜力是，假设两个州的热能泵至少使用其额定功率的80%，则热泵可以利用两个州的所有可用区域提取最大的地热能。”

研究小组使用瑞士现有的地形数据估算了可用面积，但从研究中排除了建筑环境和自然栖息地(例如森林)。然后，他们根据地面温度，导热系数和热扩散系数等因素模拟了安装在该区域的GSHP。Walch说：“我们结合了各种技术约束，并估计了既能满足安装标准又能使可提取热量最大化的最佳井眼间距。”

他们的研究是在瑞士进行的首次规模研究，不仅考虑了地面的地热容量，还考虑了GSHP的技术局限性。科学家估计，他们研究的区域的年度技术潜力为4.6 TWh，约占其总供暖需求的三分之一。他们还计算出最大能量密度为15.5 kWh / m 2。瓦尔希说：“地热能只能作为该地区唯一的能源。它可以满足许多郊区和农村地区的需求，但在城市中心将远远不足。” 城市规划人员可以在GSHP系统部署的技术和经济可行性研究中使用此信息。

研究小组还发现，累积的钻孔深度每公顷不应该超过2 km，以避免过度利用地面的热容量。

Walch强调他们的发现目前仅是理论上的。该研究未考虑潜水区和地下水流等局部现象，这些现象会影响地面冷却所需的时间。在安装钻孔热交换器之前，必须钻探测试孔。

该小组希望通过量化浅层地热能的热量产生能力，并指出需要更多能源的地区，他们的工作将为瑞士供热部门的脱碳战略提供参考。“我们的最终目标是进行全国性研究，并将这些发现与其他类型可再生能源的类似发现结合起来” Walch表示，他还进行了一项研究，以评估瑞士的潜在太阳能发电容量。“重要的是，估算与热需求无关的技术潜力。我们希望使用这两种可再生能源的数据来评估结合了地热和太阳能的混合动力系统的容量。”