摘要
跨季节储热系统得益于优秀的长时储热能力，可以将夏季余热资源转移到冬季从而帮助集中供热系统节能减碳。然而，城市尺度的大规模跨季节储热受限于高额初投资和土地利用限制，目前仍然没有推广。
因此，本文评估了在集中供热普遍存在的中国北方地区使用山沟和地表下陷这两种天然地质结构来作为跨季节储热的潜力。通过基于高程模型的地理信息系统识别潜在选址点，并结合实际土地利用情况和工程建造成本进行综合晒选。最终识别出2273个山沟型和75个地表下陷型选址点，总储热潜力152亿GJ，远超北方采暖总负荷。考虑了选址点和就近集中供热城镇的距离后，北方地区总计560个城镇区周边有潜在的跨季节储热选址，且其中一半城镇的储热潜力大于集中供热负荷。本文为大型跨季节储热在城市的应用提供了新的分析思路和方法。
关键词：跨季节储热系统；地理信息系统；集中供热；水库
大规模跨季节储热被认为是解决北方地区夏季余热资源和冬季热需求不匹配的关键技术。然而目前已经成熟的工程案例的蓄热体积均小于20万m3，对于北方地区城市的供热季节性差异来说普遍较小。因此，本文使用地理信息系统，分析使用成本低廉的天然地质结构作为跨季节储热的可行性和潜力。这些结构包括了天然沟谷和地表下陷。通过对土地利用情况、建设成本的综合考量，本文提供了一种快速解析跨季节储热选址的方法。并将分析得到的潜在蓄热项目与周边的集中供热需求进行匹配，考虑热水管道输送半径得到最终经济性强的选址点。
（1）基于地理高程数据分析沟谷围成的水库尺寸和建造成本
（2）全北方地区潜在蓄热点识别
（3）跨季节储热点与城市集中供热负荷综合考虑
本研究提出了结合地理信息系统进行天然跨季节储热潜力的分析方法，并将其应用在中国北方地区，结合实际土地利用和工程开展难度，得到可行沟谷型和地表下陷型天然跨季节储热项目的位置、蓄热容量。结合周边城镇的热负荷情况，综合分析天然跨季节储热在未来集中供热系统中的应用潜力。本文提出的分析方法为地理和能源学科的交叉研究提供了新的思路。
作者
Yichi Zhang1, Jianjun Xia2*
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本文的第一作者是美的集团楼宇科技事业部的张亦弛博士，主要研究方向为热泵采暖设备的应用和城市能源规划。通讯作者为清华大学建筑技术科学系夏建军副教授。
Zhang Y, Xia J. (2024). Seasonal thermal energy storage using natural structures: GIS-based potential assessment for northern China. Building Simulation, 17: 561-574.
https://doi.org/10.1007/s12273-024-1106-9
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利用自然结构进行跨季节储热：基于地理信息系统的中国北方潜力评估
期刊介绍
Building Simulation 2008年创刊，是世界上第一本有关建筑模拟领域最新研究成果的英文学术期刊，跨多种学科领域，涉及建筑技术、土木工程、建筑学、环境工程、能源及动力工程等，致力于为中外同行提供一个高水平的学术交流平台。被SCI、EI Compendex、Scopus、CSCD等数据库收录。2024年SCI影响因子6.1，在JCR两个学科领域均位于Q1区；位于中科院期刊分区，工程技术类1区。
