新型地热能存储系统减少37%房屋峰值用电量

近日，《应用热工程》杂志刊发美国橡树岭国家实验室的文章《适用于地源热泵应用的新型浅孔地面换热器——模型开发和验证》，提出了一种将可再生能源中多余的电能作为热能存储在地下储罐中的系统，使房主可以在高峰时段减少购电，同时有助于平衡电网运行。据估算，该系统可以将房屋中的峰值用电量减少多达37％。

该系统的核心组件是一种新颖的地面热交换器设计，即地下热电池（UTB），其可以作为用于地面源热泵（GSHP）的常规垂直孔地面热交换器（VBGHE）的低成本替代品。UTB安装在浅孔中，因此其成本比通常安装在60 米深的垂直孔中的传统VBGHE低得多。通过利用水和相变材料的自然对流，UTB可以响应热负荷调节其温度变化，从而有助于提高GSHP的效率。

已开发并验证了UTB的一维（1D）模型，并使用小规模UTB的测量性能数据以及更详细的三维（3D）数值模型的仿真结果进行了验证，这说明了UTB中的传热和流体动力学。此1D模型的计算效率比3D模型高得多，因此可以在可接受的计算时间下模拟UTB的年度性能。一维模型已用于评估UTB的性能，因此可以将其与常规VBGHE进行比较。

研究人员称，系统通过热泵将太阳能等可再生资源中的多余电能存储为热能。系统包括装有水和相变材料的地下储罐，它们在液态和固态之间转换时会吸收和释放能量。设计依靠廉价的材料，并安装在较浅的深度，以最大程度地降低钻孔成本。所存储的能量可以在冬季提供数小时的加热，而在夏季则提供冷却，从而减少了高峰需求，并帮助房主避免以高峰价格购买电力。此外，在用电高峰期转移需求，可以帮助电力公司更好地管理负荷，同时为消费者省钱，并鼓励更多地使用可再生能源。（刘文浩）

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2019.114460

专家基于人工智能预测冰山运动轨迹

近日，英国谢菲尔德大学专家开发的控制系统和人工智能模型预测，今年将有相对较少的冰山漂流到西北大西洋繁忙的航运地区。谢菲尔德大学研究团队最近发表的一项控制系统模型预测，到2020年，479~1015座冰山将抵达欧洲和北美东北部之间航行风险最大的48个州以南的水域，而去年观测到的冰山有1515座。

在一个创新的新模型方法中，该团队使用了实验性的人工智能分析来独立支持冰山数量的预测，同时预测在1~9月的冰期期间，该地区冰山数量将快速增长。调查结果将提供给国际冰情巡逻队，以便在季节中更好地定期进行冰的预报。季节性预报显示，船只在西北大西洋遭遇冰山的可能性比去年小。2020年是专家们第一次使用人工智能来预测经过48°N的冰山的总数，以及整个季节中这一数字的变化率。这些分析数据涉及拉布拉多海的表面温度、北大西洋大气压力的变化，以及格陵兰冰原的表面质量平衡。根据1997—2016年间冰山数量的数据，基础控制系统方法的准确率达到了80%。（王立伟）

相关论文信息： https://phys.org/news/2020-01-artificial-intelligence-experts-icebergs.html

美开发综合地球动力学模型新框架

近日，美国克莱姆森大学发布新闻称，该校研究人员Timo Heister获得了美国国家科学基金会250万美元的资助，将开发一个新的综合地球动力学模型框架，该框架将提供从地球地幔边界到其表面的真实模拟。

地幔厚度超过1800英里，处于地球表面和超热地核之间，由热的富含铁的岩石组成，这些岩石缓慢向上移动，逐渐冷却。这种被称为对流的传热过程会引起一系列地质事件，导致地震、火山爆发或山脉形成。

长久以来，研究人员希望更好地了解对流过程和其他地球动力学活动，但由于压力和温度过高，无法深入研究地幔正在发生的情况。新框架将基于Heister和其他团队成员在过去八年中创建的开源软件工具——地球对流问题的高级求解器（ASPECT），模拟地幔中的过程，ASPECT已被全球地球科学研究人员广泛使用。

ASPECT的模拟有可能提供对广泛主题的巨大洞察，包括构造板块运动和形变随时间和空间的变化、岩浆流动和地球内部的水循环、深部地球的结构和地表演化等。据Heister称，他将使用地震活动、构造板块运动、地核温度以及地震学家、地球和行星科学家生成的其他数据作为ASPECT的数据源，在高性能计算工具上运行ASPECT模拟，比如克莱姆森大学的Palmetto集群和其他超级计算机。

研究人员将使用ASPECT来计算出一个参考状态，帮助人们尽可能地了解地幔的当前状况。一方面，科学家可以利用参考状态进行区域高分辨率模拟；另一方面，科学家可以进行他们自己的全球模拟，以确定地球表面下的岩石如何对压力作出反应，特别是在构造板块边界。（赵纪东）