地熱學課程教學大綱

《地熱學》課程教學大綱課程名稱：地熱學Geothermic課程編號：020060120課程性質(zhì)：R必修□選修課程類別：￡通識課程R專業(yè)課程￡實踐教學適用專業(yè)：新能源科學與工程課程學時：總學時32，其中理論28、實驗4課程學分：2應開課學期：第四學期先修課程：工程熱力學、巖體力學、構造地質(zhì)學、地下水文學任課學院、系部：能源科學與工程學院新能源科學與工程系一、課程簡介本課程為新能源科學與工程專業(yè)的專業(yè)必修課。課程設置總學時32學時，由理論教學和實驗教學兩部分組成。地熱學主要講述地熱勘探、開發(fā)的基本原理和主要方法。本課程不僅為學生學習有關專業(yè)課程提供必要的基礎理論知識，也為從事相關專業(yè)技術工作、科學研究工作及管理工作提供重要的理論基礎。通過使學生掌握地熱開發(fā)及利用的方法及其原理，培養(yǎng)學生綜合運用所學基礎理論和地熱專業(yè)知識分析解決地熱勘探、開發(fā)技術問題的基本能力。二、課程教學的目標及與畢業(yè)要求的關系（一）課程目標課程總目標：培養(yǎng)學生綜合運用所學基礎理論和地熱專業(yè)知識分析解決地熱勘探、開發(fā)技術問題的基本能力。課程目標1：使學生掌握地熱開發(fā)的基本原理，掌握地熱資源開發(fā)及利用過程中基本概念、基本方法和主要技術，了解國內(nèi)外地熱工程發(fā)展現(xiàn)狀、前沿及其發(fā)展趨勢。課程目標2：使學生掌握地熱測量與判溫方法，基本地熱模型原理，地熱勘探及地熱評價等方法。課程目標3：使學生掌握地熱開發(fā)及利用的方法及其原理，培養(yǎng)學生綜合運用所學基礎理論和地熱專業(yè)知識分析解決地熱開發(fā)技術問題的基本能力。課程目標4：初步具有從實際問題抽象為理論，并運用理論分析解決實際問題能力。（二）課程目標與畢業(yè)要求的對應關系本課程目標支持的主要畢業(yè)要求如下表：課程目標畢業(yè)要求1．使學生掌握地熱開發(fā)的基本原理，掌握地熱資源開發(fā)及利用過程中基本概念、基本方法和主要技術，了解國內(nèi)外地熱工程發(fā)展現(xiàn)狀、前沿及其發(fā)展趨勢。2.使學生掌握地熱測量與判溫方法，基本地熱模型原理，地熱勘探及地熱評價等方法。畢業(yè)要求2：能夠應用新能源科學與工程理論與技術，并結合數(shù)學、自然科學等基本原理，通過理論分析和文獻研究，對新能源勘查、開發(fā)、利用過程中遇到的問題進行綜合分析。具備獨立思考、善于發(fā)現(xiàn)和提出問題并獨立分析工程問題的能力，掌握基本的分析問題和總結歸納的方法。3．使學生掌握地熱開發(fā)及利用的方法及其原理，培養(yǎng)學生綜合運用所學基礎理論和地熱專業(yè)知識分析解決地熱開發(fā)技術問題的基本能力。4.初步具有從實際問題抽象為理論，并運用理論分析解決實際問題能力。畢業(yè)要求4：能夠基于科學原理與方法，結合具體生產(chǎn)實踐，分析、解決新能源勘查和開發(fā)利用中的技術問題。能夠正確認識行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，具備文獻信息提煉、歸納能力。能夠提出工程問題的關鍵理論問題和技術難題，善于利用文獻資料及團隊技能開展初步科學研究與技術攻關。三、課程教學的基本內(nèi)容及教學安排（一）課程教學的內(nèi)容及學時安排知識單元知識點學時數(shù)課程目標線下授課線上授課實驗/實踐1緒論1.1地熱勘探開發(fā)現(xiàn)狀1.2地熱學研究對象及其主要內(nèi)容1.3地熱學研究方法2課程目標12地熱基礎知識2.1巖石熱物理參數(shù)2.2地溫場與地熱源2.3地熱異常及其板塊構造背景2.4地熱傳導與區(qū)域?qū)α?.5地熱系統(tǒng)的地球物理和地球化學特征4課程目標13地熱測量與判溫方法3.1地溫測量及數(shù)據(jù)分析和解釋3.2地熱判溫方法（1）二氧化硅地熱溫標（2）鈉鉀、鉀鎂及鈉鉀鈣地熱溫標（3）硫酸鹽—氧同位素地熱溫標（4）氣體地熱溫標（5）同位素地熱溫標（6）混合溫標3.3鉆孔實測溫度確定地溫3.4地熱溫度計算的方法、參數(shù)3.5地熱溫度計算實例4課程目標1、24地熱模型4.1簡單解析模型（單井、多井開采模型）4.2集中參數(shù)模型4.3分布參數(shù)模型4.4模型實例—昆明地溫地熱田、共和盆地干熱巖熱田4課程目標2、35地熱資源分布與評價5.1地熱資源分布特征5.2地熱資源評價概論5.3熱儲中各地熱載體的比重5.4地熱資源評價方法5.5地熱儲量分級與計算原則2課程目標2、36地熱儲熱能量的提取6.1地熱資源發(fā)電（1）干蒸汽發(fā)電原理及技術（2）熱液系統(tǒng)發(fā)電原理及技術（3）二元發(fā)電原理及技術（有機朗肯循環(huán)）6.2低溫地熱資源利用—地源熱泵（1）地源熱泵基本原理（2）地源熱泵熱力學（3）地源熱泵熱效率分析6.3地熱資源的直接利用（1）熱能傳遞的性質(zhì)（2）區(qū)域供熱（3）食品生產(chǎn)6.4地熱儲熱能量提取經(jīng)濟效益分析4課程目標2、37增強型地熱系統(tǒng)（EGS）7.1增強型地熱系統(tǒng)概念7.2增強型地熱系統(tǒng)特征7.3增強型地熱系統(tǒng)發(fā)展歷程7.4增強型地熱儲層水力壓裂儲層改造技術7.5地熱儲層的可持續(xù)發(fā)展4課程目標3、48地熱回灌基礎理論與技術8.1地熱回灌類型與回灌模式8.2地熱回灌過程中地下熱水的運動8.3地熱回灌模型的解析方法8.4地熱回灌方法8.5地熱基巖熱儲回灌實踐—天津市區(qū)為例4課程目標3、4合計284（二）課堂實驗/實踐教學內(nèi)容及要求序號項目名稱內(nèi)容、要求學時實驗/實踐類別實驗/實踐類型每組人數(shù)必做/選做課程目標1地源熱泵機組COP測定1、了解熱泵的工作過程及性能的評價指標；2、熟悉熱泵裝置的組成，領會制冷與供熱的對立與統(tǒng)一關系；3、測定蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的性能；4、通過本實驗，了解測定熱泵壓縮機主要性能指標──壓縮機的制冷量和輸入功率的相關標準（GB/T?5773－2004容積式熱泵壓縮機性能試驗方法）；5、通過本實驗，掌握測定熱泵主要性能指標（壓縮機的制冷量和輸入功率）的一種試驗方法──第二制冷劑量熱法；6、通過本實驗，掌握一種測定換熱器2熱損失系數(shù)的方法。4專業(yè)操作10必做課程目標1、2、3基本要求1．實驗采用教師課堂演示、學生上機操作的實驗方式；2．上機實驗前，學生應認真預習有關的實驗內(nèi)容；3．學生完成實驗后須撰寫實驗報告；注：實驗/實踐類別：專業(yè)、上機等實驗/實踐類型：操作型、驗證型、演示型、綜合型等。四、本課程與其他課程的聯(lián)系本課程的預修課程為《工程熱力學》、《巖體力學》、《構造地質(zhì)學》、《巖體力學》，其為學生提供學習本課程所必須掌握的地質(zhì)、熱力學及力學等方面的基礎知識。本課程是新能源科學與工程專業(yè)學生在整個專業(yè)課學習過程中所必不可少的基礎專業(yè)知識。主要研究地熱勘探、開發(fā)的基本原理和主要方法。本課程不僅為學生學習有關專業(yè)課程提供必要的基礎理論知識，也為從事相關專業(yè)技術工作、科學研究工作及管理工作提供重要的理論基礎。通過使學生掌握地熱開發(fā)及利用的方法及其原理，培養(yǎng)學生綜合運用所學基礎理論和地熱專業(yè)知識分析解決地熱勘探、開發(fā)技術問題的基本能力，為培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力打好堅實的地熱學基礎，為解決新能源專業(yè)中的地熱問題奠定基礎，為后續(xù)課程、實習、課程設計和畢業(yè)設計打下良好基礎。五、教材與其他教學資源（含教學參考書或在線資源）（一）建議教材[1]MalcolmA.Grant等.熱儲工程學[M].測繪出版社,2013.[2]徐世光,郭遠生.地熱學基礎[M].科學出版社,2009.（二）其他教學資源[1]王社教，閆家泓.可再生能源系列：地熱能（第2版）[GeothermalEnergy:RenewableEnergyandtheEnvironment（SecondEdition）][M].石油工業(yè)出版社,2017.[2]邱楠生，胡圣標.沉積盆地地熱學.[M].中國石油大學出版社,2019.[3]BrownD,DuchaneD,HeikenG,etal.MiningtheEarth‘sHeat.[M].Springer，2012.[4]何滿潮.中國中低焓地熱工程技術[M].科學出版社,2004.六、教學方法與學習建議授課方式：互動式教學采用多媒體課件、自學與討論等形式進行，可以發(fā)揮學生在學習中的主體作用，充分調(diào)動學生的主動性、積極性，讓學生能在課堂中主動參與，使課堂成為積極互動的、高質(zhì)高效的課堂，使學生和教師一道成為課堂的主人。多媒體課件主要用于課程要點、難點的講解，圖形圖像資料和模擬演示等。自學與討論通過網(wǎng)絡課堂、資料閱讀、習題練習、課堂討論等形式來完成非重點難點和描述性內(nèi)容的學習；鼓勵學生通過閱讀參考文獻、撰寫課程論文、開展課堂討論來調(diào)動主動學習的積極性。公布所有教學與實習資源，根據(jù)課程體系結構和實習大綱組織學生參觀、實習和動手操作。重點：地熱學的基本概念和基礎知識、地質(zhì)與地球物理特征、地熱測量與判溫方法、地熱模型及地熱評價、淺層及中深層地熱能力提取與利用、增強型地熱系統(tǒng)及地熱回灌基礎理論與技術。難點：地熱測量與判溫方法、地熱模型及地熱評價、淺層及中深層地熱能力提取與利用、增強型地熱系統(tǒng)。后續(xù)自主學習：結合新能源開發(fā)理論與技術深入了解地源熱泵及干熱巖開發(fā)理論與技術。七、課程考核及成績評定方式（一）課程考核本課程考試若采用閉卷（筆試）的方式，題型有名詞解釋、填空、簡答及論述計算題。著重考核基本概念、基本理論、基本方法和運用所學知識解決實際問題的能力。本課程成績評定包括平時考核（考勤）、過程考核（作業(yè)、測試和實驗報告）和終結性評價（期末考試）三部分，其中平時成績占課程總成績的10％，過程成績占課程總成績的30％，期末考試成績占課程總成績的60％。（二）課程目標與考核內(nèi)容的關系課程具體目標與知識單元和考試內(nèi)容的關系如下：課程目標知識單元考試內(nèi)容1．使學生掌握地熱開發(fā)的基本原理，掌握地熱資源開發(fā)及利用過程中基本概念、基本方法和主要技術，了解國內(nèi)外地熱工程發(fā)展現(xiàn)狀、前沿及其發(fā)展趨勢。1.緒論；2地熱基礎知識3地熱測量與判溫方法考核知識點：地熱學的基本概念和基礎知識、地質(zhì)與地球物理特征，地熱測量與判溫方法；考核要求：掌握地熱學的基本概念和基本知識、六種地熱判溫方法、鉆孔實測溫度確定地溫方法及地熱溫度計算的方法和參數(shù)；2.使學生掌握地熱測量與判溫方法，基本地熱模型原理，地熱勘探及地熱評價等方法3地熱測量與判溫方法4地熱模型5地熱資源分布與評價6地熱儲熱能量的提取考核知識點：地熱模型及地熱評價；考核要求：掌握獲取地熱系統(tǒng)的形成條件、特性和參數(shù)等信息，通過擬合、展現(xiàn)熱儲層大部分有用的數(shù)據(jù)與信息，搞清楚實際熱儲的條件與特性，預測溫度和壓力在未來的變化；3．使學生掌握地熱開發(fā)及利用的方法及其原理，培養(yǎng)學生綜合運用所學基礎理論和地熱專業(yè)知識分析解決地熱開發(fā)技術問題的基本能力4地熱