破解风电光伏并网波动难题！石家庄铁道大学郑永香副教授等近日在 GeoStorage 期刊发表题为 《Aquifer Thermal Energy Storage for Intermittent Renewable Energy: Thermo-Hydraulic Controls and a Dual-Zone Heat Transfer Mechanism》的论文，揭示了含水层储能双区传热机制，用地下含水层把间歇波动热能变成稳定热源，为多能互补低碳系统提供全新技术路径。欢迎下载、阅读、转发和引用！

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Zheng YX, Fan J, Yuan W, et al. 2026. Aquifer Thermal Energy Storage for Intermittent Renewable Energy: Thermo-Hydraulic Controls and a Dual-Zone Heat Transfer Mechanism. GeoStorage, 2(3), 274-296. 

doi: 10.46690/gs.2026.03.06.

01  研究背景

当前双碳转型进程中，风电、光伏等可再生能源装机规模持续攀升，但其日内、季节尺度的强间歇性特征，极易引发电网频率波动与调峰压力，同时工业生产过程中大量中低温余热直接排放，造成能源资源的严重浪费。传统储热方式存在占地大、效率低的短板，如何依托地下空间构建低成本、大容量的热能缓冲系统，将波动的间歇热能转化为连续稳定的输出，是制约多能互补低碳体系规模化落地的核心共性技术难题。  

02  核心内容

1、多能互补含水层储能系统框架

团队创新性提出以含水层热储能（ATES）为核心的多能协同体系，串联太阳能光热、风电余热与工业废热三类热源，通过地下含水层完成波动热能的缓冲调蓄，最终输出稳定可控的高温热能，无需额外大规模地面储热设施即可实现跨时段能源平移。

2、温压参数对储能性能的量化影响规律

研究团队基于CMG STARS构建三维含水层储热模型，系统量化了6类关键参数对产出温度的影响规律，明确各参数的调控优先级，为现场工程参数选型提供了量化参考依据。

3、双区传热原创机制提出

团队揭示了含水层储热的差异化传热模式：注采井之间的核心区域以对流换热为主导，驱动热能高效定向传输；周边外围区域则以导热换热为主，控制热能向围岩耗散流失。基于这一特征首次提出“对流主导核心区+导热主导外围区”的双区传热机制，清晰解释了含水层对波动热能的削峰稳压效应。

4、温度时空演化缓冲效应验证

     模拟结果证实，周期性波动的热能在地下含水层运移过程中，温度震荡幅度会逐步衰减，原本剧烈波动的间歇热源经过含水层缓冲后，可转化为输出稳定的连续热源，充分验证了含水层储热适配短时间尺度可再生能源调蓄的技术可行性。

     展望：该研究厘清了波动热源条件下含水层储热的热-水力控制机理，可为雄安新区等地热资源富集区域的多能互补工程提供理论支撑。后续团队将开展野外现场试验验证，优化双区井群布局方案，进一步提升含水层储能系统的热效率与长期运行稳定性，助力间歇可再生能源的大规模安全并网。

03  作者简介

第一作者：郑永香，男，博士，副教授，硕士生导师。2020年6月博士毕业于西南石油大学地质资源与地质工程专业，同年7月入职石家庄铁道大学土木工程学院地质工程系，主要从事深部岩体力学及储层改造相关工作，担任地质工程系党支部书记、副主任，兼任河北省岩石力学与工程学会副秘书长，《GeoStorage》、《Rock Mechanics Bulletin》、《金属矿山》等杂志青年编委。主持和参与国家自然科学基金联合基金项目、河北省创新群体项目、河北省自然科学基金、河北省教育厅青年拔尖项目等6项。授权发明专利4项。在《Computers and Geotechnics》、《Engineering Fracture Mechanics》等期刊发表学术论文20余篇。获得中国岩石力学与工程学会自然科学二等奖和中国石油和化工自动化应用协会科技进步二等奖各1项。

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