Predicting the risk of saltwater contamination of freshwater aquifers during aquifer thermal energy storage
Predicting the risk of saltwater contamination of freshwater aquifers during aquifer thermal energy storage
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预测含水层热能储存过程中淡水含水层盐水污染的风险
DOI：
10.1007/s10040-023-02630-9
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发表时间：
2023
影响因子：
2.8
通讯作者：
Regnier G
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Regnier G
含水层储能是一种地下储热技术，具有很大的潜力，可以为建筑物供暖和制冷脱碳。ATES装置通常将热能储存在也用于饮用水的含水层中，因此开发过程中的一个主要考虑因素是确保系统运行不会导致地下水污染。在这项研究中，污染的风险，由于upconing的浅淡水/盐水界面在ATES操作进行了调查。流体流动，热量和盐（氯离子）的传输模拟在一个均匀的含水层在ATES操作通过一个双井。在敏感性分析中研究了地质、水文和操作参数的影响。提出了两个新的无量纲数来描述ATES运行过程中的盐升锥和再分布，并提供与模拟浓度的密切匹配：CR，w表征ATES装置的污染风险，CR，d表征ATES装置下游位置相对于背景地下水流的风险。具有CR，wandCR，d< 10的ATES系统在均质含水层中引入低污染风险，ATES系统及其下游的氯化物浓度保持在世界卫生组织建议的限值以下。CR，wandCR，d> 10的ATES装置引起含水层氯离子浓度迅速增加。结果被用来估计排除距离超过ATES系统的操作不会造成污染的同质含水层。建议的无量纲参数允许快速评估在ATES操作过程中的盐水污染的可能性。
Aquifer thermal energy storage (ATES) is an underground thermal energy storage technology with a large potential to decarbonise the heating and cooling of buildings. ATES installations typically store thermal energy in aquifers that are also exploited for potable water, so a major consideration during development is ensuring that system operation will not lead to groundwater pollution. In this study, the risk of contamination due to upconing of a shallow freshwater/saltwater interface during ATES operation is investigated. Fluid flow, and heat and salt (chloride ion) transport are simulated in a homogeneous aquifer during ATES operation via a well doublet. The impact of geological, hydrological and operational parameters is investigated in a sensitivity analysis. Two new dimensionless numbers are proposed to characterise salt upconing and redistribution during ATES operation and provide a close match to simulated concentrations:CR,wcharacterises the contamination risk at the ATES installation, andCR,dcharacterises the risk at locations downstream of the ATES installation with respect to background groundwater flow. ATES systems withCR,wandCR,d< 10 introduce low risk of contamination in a homogenous aquifer, with chloride concentration at, and downstream of, the ATES system, remaining below the World Health Organisation’s advised limit. ATES installations withCR,wandCR,d> 10 cause a rapid increase in aquifer chloride concentration. The results are used to estimate an exclusion distance beyond which ATES system operation will not cause contamination in a homogenous aquifer. The dimensionless parameters proposed allow rapid assessment of the potential for saltwater contamination during ATES operation.
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