城市能源隧道开发潜力及效益分析

毕金锋; 姜弘; 丁文其; 包鹤立

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20211120044

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城市能源隧道开发潜力及效益分析

能源地下结构与工程 | 更新时间：2025-09-25

- 城市能源隧道开发潜力及效益分析
- Analyses on Potential and Benefit of Urban Energy Tunnel Development
- 防灾减灾工程学报 2022年42卷第5期页码：897-904
- 作者机构：
  
  1.上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司，上海 201300
  2.同济大学土木工程学院，上海 200092
- 作者简介：
  
  毕金锋（1988—），男，助理研究员，博士。主要从事地下空间结构方面的研究。E-mail: jf.bi@qq.com
  姜弘（1969—），男，教授级高工，硕士。主要从事城市隧道建设方面的研究。E-mail: jianghong@sucdri.com
- 基金信息：
  
  上海市科学技术委员会科研计划项目(19DZ1200903);国家重点研发计划项目(2016YFC0401908)
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20211120044
  中图分类号： TU443
- 收稿：2021-10-20，
  
  修回：2021-12-07，
  
  纸质出版：2022-10-28
- 稿件说明：
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毕金锋,姜弘,丁文其等.城市能源隧道开发潜力及效益分析[J].防灾减灾工程学报,2022,42(05):897-904.

BI Jinfeng,JIANG Hong,DING Wenqi,et al.Analyses on Potential and Benefit of Urban Energy Tunnel Development[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2022,42(05):897-904.
毕金锋,姜弘,丁文其等.城市能源隧道开发潜力及效益分析[J].防灾减灾工程学报,2022,42(05):897-904. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20211120044.

BI Jinfeng,JIANG Hong,DING Wenqi,et al.Analyses on Potential and Benefit of Urban Energy Tunnel Development[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2022,42(05):897-904. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20211120044.

摘要

城市地区土地资源稀缺，使得20世纪以来城市地下空间的开发利用得以蓬勃发展。地下基础设施除了实现结构功能外，还可以作为浅层地热能采集系统与地层进行热量交换。在城市地区，交通隧道比建筑基础具有更广阔的作为能源地下结构的利用空间。以上海地铁为例，根据上海市的水文和地质环境，研究以城市尺度进行能源隧道建设的地热能开发潜力及其经济与社会效益。结果表明，与上海市2030年规划地铁线路同等规模的能源隧道的年度采集能量总量可达35亿kWh，经济收益超过15亿元，每年可减少CO

排放量200万t以上，相当于上海市20%的住宅取暖或制冷所需的总能量，投入成本在10年左右可回收，说明能源隧道拥有巨大的开发潜力和广泛的应用前景。

Abstract

Due to land constraints in urban areas， the development of urban underground space has flourished since the 20th century. In addition to fulfilling structural functions， underground infrastructure can also serve as a shallow geothermal energy harvesting system for heat exchange with the ground. In urban areas， transportation tunnels have a much wider scope for utilization as energy geo-structures than building foundations. Based on the geological and hydrogeological environments of Shanghai metro， the geothermal energy development potential and economic and social benefits of energy tunnel construction are studied at the urban scale in this paper. The results show that the total annual energy harvesting of energy tunnels of the same scale as the planned metro lines in 2030 in Shanghai can reach 3.5 billion kWh； the economic return is nearly 1.5 billion RMB and the CO

emissions can be reduced by more than 2 million tons per year； the energy collected is equivalent to the total energy required to heat or cool 20% of the homes in Shanghai， and the investment cost can be recovered in about 10 years. These indicate the huge exploiting potential and the broad application prospects of energy tunnels.

关键词

Keywords

references

钱七虎 . 利用地下空间助力发展绿色建筑与绿色城市［J］. 隧道建设， 2019 ， 39 （ 11 ）： 1737 ‑ 1747 .

Qian Q H . Underground space utilization helps develop green buildings and green cities ［J］. Tunnel Construction ， 2019 ， 39 （ 11 ）： 1737 ‑ 1747 . （in Chinese）

严金秀 . 世界隧道工程技术发展主流趋势——安全、经济、绿色和艺术［J］. 隧道建设， 2021 ， 41 （ 5 ）： 693 ‑ 696 .

Yan J X . Development trends in world tunneling technology： safe， economical， green and artistic ［J］. Tunnel Construction ， 2021 ， 41 （ 5 ）： 693 ‑ 696 . （in Chinese）

Brandl H . Energy foundations and other thermo-active ground structures ［J］. Géotechnique ， 2006 ， 56 （ 2 ）： 81 ‑ 122 .

Adam D ， Markiewicz R . Energy from earth-coupled structures， foundations， tunnels and sewers ［J］. Géotechnique ， 2009 ， 59 （ 3 ）： 229 ‑ 236 .

Franzius J N ， Pralle N . Turning segmental tunnels into sources of renewable energy ［J］. Proceedings of the Institution of Civil Engineers‑Civil Engineering ， 2011 ， 164 （ 1 ）： 35 ‑ 40 .

Frodl S ， Franzius J N ， Bartl T . Design and construction of the tunnel geothermal system in Jenbach ［J］. Geomechanics and Tunnelling ， 2010 ， 3 （ 5 ）： 658 ‑ 668 .

Barla M ， Perino A . Energy from geo-structures： a topic of growing interest ［J］. Environmental Geotechnics ， 2015 ， 2 （ 1 ）： 3 ‑ 7 .

Barla M ， Di Donna A ， Perino A . Application of energy tunnels to an urban environment ［J］. Geothermics ， 2016 ， 61 ： 104 ‑ 113 .

Barla M ， Di Donna A . Energy tunnels： concept and design aspects ［J］. Underground Space ， 2018 ， 3 （ 4 ）： 268 ‑ 276 .

Barla M ， Di Donna A ， Insana A . A novel real-scale experimental prototype of energy tunnel ［J］. Tunnelling and Underground Space Technology ， 2019 ， 87 ： 1 ‑ 14 .

Insana A ， Barla M . Experimental and numerical investigations on the energy performance of a thermo-active tunnel ［J］. Renewable Energy ， 2020 ， 152 ： 781 ‑ 792 .

夏才初，邹一川，张国柱 . 寒区隧道地源热泵加热系统埋管间距优化分析［J］. 同济大学学报（自然科学版）， 2012 ， 40 （ 12 ）： 1802 ‑ 1807 .

Xia C C ， Zou Y C ， Zhang G Z . Pipe distance optimization of geothermal resource heat pump in cold region ［J］. Journal of Tongji University （Natural Science）， 2012 ， 40 （ 12 ）： 1802 ‑ 1807 . （in Chinese）

夏才初，杨勇，张国柱，等 . 隧道内地源热泵热交换管与隧道结构相互影响［J］. 同济大学学报（自然科学版）， 2014 ， 42 （ 1 ）： 51 - 57，150 .

Xia C C ， Yang Y ， Zhang G Z ， et al . Mutual influence between tunnel structure and heat exchange pipes of ground source heat pump in tunnel ［J］. Journal of Tongji University （Natural Science）， 2014 ， 42 （ 1 ）： 51 - 57，150 . （in Chinese）

张国柱，夏才初，孙猛，等 . 寒区隧道地源热泵供热系统及优化分析［J］. 同济大学学报（自然科学版）， 2012 ， 40 （ 4 ）： 610 ‑ 615 .

Zhang G Z ， Xia C C ， Sun M ， et al . Tunnel heating system with heat pump in cold region and its optimization ［J］. Journal of Tongji University （Natural Science）， 2012 ， 40 （ 4 ）： 610 ‑ 615 . （in Chinese）

张国柱，夏才初，孙猛，等 . 寒区隧道地源热泵型供热系统取热段温度场解析［J］. 岩石力学与工程学报， 2012 ， 31 （增2 ）： 3795 ‑ 3802 .

Zhang G Z ， Xia C C ， Sun M ， et al . Temperature fields analysis of absorbing section of tunnel heating system using heat pump in cold region ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering ， 2012 ， 31 （ Sup2 ）： 3795 ‑ 3802 . （in Chinese）

张国柱，夏才初，马绪光，等 . 寒区隧道地源热泵型供热系统岩土热响应试验［J］. 岩石力学与工程学报， 2012 ， 31 （ 1 ）： 99 ‑ 105 .

Zhang G Z ， Xia C C ， Ma X G ， et al . Rock-soil thermal response test of tunnel heating system using heat pump in cold region ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering ， 2012 ， 31 （ 1 ）： 99 ‑ 105 . （in Chinese）

Zhang G ， Xia C ， Sun M ， et al . A new model and analytical solution for the heat conduction of tunnel lining ground heat exchangers ［J］. Cold Regions Science and Technology ， 2013 ， 88 ： 59 ‑ 66 .

Zhang G ， Xia C ， Yang Y ， et al . Experimental study on the thermal performance of tunnel lining ground heat exchangers ［J］. Energy and Buildings ， 2014 ， 77 ： 149 ‑ 157 .

Zhang G ， Xia C ， Zhao X ， et al . Effect of ventilation on the thermal performance of tunnel lining GHEs ［J］. Applied Thermal Engineering ， 2016 ， 93 ： 416 ‑ 424 .

张国柱，张玉强，夏才初，等 . 利用地温能的隧道加热系统及其施工方法［J］. 现代隧道技术， 2015 ， 52 （ 6 ）： 170 ‑ 176 .

Zhang G Z ， Zhang Y Q ， Xia C C ， et al . Tunnel heating system using geothermal energy and its construction method ［J］. Modern Tunnelling Technology ， 2015 ， 52 （ 6 ）： 170 ‑ 176 . （in Chinese）

Zhang G ， Xia C ， Yang Y ， et al . Experimental study on the thermal performance of tunnel lining ground heat exchangers ［J］. Energy and Buildings ， 2014 ， 77 ： 149 ‑ 157 .

Zhang G ， Guo Y ， Zhou Y ， et al . Experimental study on the thermal performance of tunnel lining GHE under groundwater flow ［J］. Applied Thermal Engineering ， 2016 ， 106 ： 784 ‑ 795 .

Di Donna A ， Barla M . The role of ground conditions on energy tunnels′ heat exchange ［J］. Environmental Geotechnics ， 2016 ， 3 （ 4 ）： 214 ‑ 224 .

上海市地质资源管理处 . 上海市地质环境公报［R］. 上海：上海市规划和自然资源局， 2017 .

Department of Shanghai Geological Resources Management . Shanghai geological environment bulletin ［R］. Shanghai ： Shanghai Municipal Bureau of Planning and Natural Resources ， 2017 . （in Chinese）

Lemmelä R ， Sucksdorff Y ， Gilman K . Annual variation of soil temperature at depths 20 to 700 cm in an experimental field in Hyrylä， South-Finland during 1969 to 1973 ［J］. Geophysica ， 1981 ， 17 （ 1/2 ）： 143 ‑ 154 .

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