地热开发理论与技术教学大纲

《地热开发理论与技术》课程教学大纲课程名称：地热开发理论与技术（中文）TheoryandTechnologyofGeothermalDevelopmen（英文）课程编号：020060270课程性质：☑必修□选修课程类别：□通识课程☑专业课程□实践教学适用专业：新能源科学与工程课程学时：总学时32，其中理论32、实验0课程学分：2应开课学期：第六学期先修课程：《新能源勘查方法与技术》、《传热学》、《地热学》、《钻完井工程》、《工程热力学》、《新能源科学与工程概论》、《新能源勘查方法与技术》、《流体力学》、《钻完井工程》、《岩石力学》一、课程简介《地热开发理论与技术》是新能源科学与工程专业学生的专业必须核心课程。课程内容丰富，主要包括：地热资源的成因、分类及分布特征，地热资源勘查方法与评价，地热资源利用，浅层地热能工程技术，中深层地热能工程技术和干热岩利用方法等内容。通过课程的学习，使学生熟悉地热资源的成因、分类及分布特征，能够结合实际情况，掌握地热资源的高效、经济开发的相关原理及技术。为后续的课程学习奠定基础。二、课程教学的目标及与毕业要求的关系（一）课程目标课程总目标：通过《地热开发理论与技术》的学习，使学生正确认识地热行业发展现状和趋势以及国家的相关政策、制度等；掌握地热能开发的基本原理、基本技术和工艺流程；会将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决地热能开发工程问题；能够对地热开发过程中遇到的问题进行综合分析，善于利用文献资料及团队技能开展初步科学研究与技术攻关。课程目标1：使学生能够正确认识地热行业发展现状和趋势，了解新能源的可持续性发展和社会节能减排、绿色环保的重要意义以及新能源开发的人文社会环境及国家相关政策支持、管理制度、法律等；融入青山绿水就是金山银山、科学发展观、生态环境保护等思政元素。课程目标2：掌握浅层地热能，中深层地热能开发的基本原理、基本技术和工艺流程，熟悉地热资源勘查开发整体技术流程，能够制定技术方案和管理措施；融入科学发展观、工匠精神、科学精神、工作规范、敬业精神、生态环境保护等思政元素。课程目标3：能够提出浅层地热能、中深层地热能和干热岩利用工程问题的关键理论问题和技术难题，会将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决地热能开发工程问题，具备工程科学思维和工程管理意识；融入钻研精神、敬业精神、责任担当、道路自信、理论自信、制度自信等思政元素，开展以天下兴亡、匹夫有责为重点的家国情怀教育、崇德向善的道德追求。课程目标4：能够对地热开发过程中遇到的问题进行综合分析，善于利用文献资料及团队技能开展初步科学研究与技术攻关。融入钻研精神、敬业精神、实事求是等思政元素。（二）课程目标与毕业要求的对应关系本课程目标支持的主要毕业要求如下表：课程目标毕业要求1.使学生能够正确认识地热行业发展现状和趋势，了解新能源的可持续性发展和社会节能减排、绿色环保的重要意义以及新能源开发的人文社会环境及国家相关政策支持、管理制度、法律等；融入青山绿水就是金山银山、科学发展观、生态环境保护等思政元素。毕业要求1：工程知识，能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决新能源勘查、开发与综合利用中的工程问题，具备工程科学思维和工程管理意识。2.掌握浅层地热能，中深层地热能开发的基本原理、基本技术和工艺流程，熟悉地热资源勘查开发整体技术流程，能够制定技术方案和管理措施；融入科学发展观、工匠精神、科学精神、工作规范、敬业精神、生态环境保护等思政元素。毕业要求1：工程知识，能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决新能源勘查、开发与综合利用中的工程问题，具备工程科学思维和工程管理意识。毕业要求2：问题分析，能够应用新能源科学与工程理论与技术，并结合数学、自然科学等基本原理，通过理论分析和文献研究，对新能源勘查、开发、利用过程中遇到的问题进行综合分析。具备独立思考、善于发现和提出问题并独立分析工程问题的能力，掌握基本的分析问题和总结归纳的方法。3.能够提出浅层地热能、中深层地热能和干热岩利用工程问题的关键理论问题和技术难题，会将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决地热能开发工程问题，具备工程科学思维和工程管理意识；融入钻研精神、敬业精神、责任担当、道路自信、理论自信、制度自信等思政元素，开展以天下兴亡、匹夫有责为重点的家国情怀教育、崇德向善的道德追求。毕业要求4：研究，能够基于科学原理与方法，结合具体生产实践，分析、解决新能源勘查和开发利用中的技术问题。能够正确认识行业发展现状和趋势，具备文献信息提炼、归纳能力。能够提出工程问题的关键理论问题和技术难题，善于利用文献资料及团队技能开展初步科学研究与技术攻关。4.能够对地热开发过程中遇到的问题进行综合分析，善于利用文献资料及团队技能开展初步科学研究与技术攻关。融入钻研精神、敬业精神、实事求是等思政元素。毕业要求4：研究，能够基于科学原理与方法，结合具体生产实践，分析、解决新能源勘查和开发利用中的技术问题。能够正确认识行业发展现状和趋势，具备文献信息提炼、归纳能力。能够提出工程问题的关键理论问题和技术难题，善于利用文献资料及团队技能开展初步科学研究与技术攻关。三、课程教学的基本内容及教学安排（一）课程教学的内容及学时安排知识单元知识点学时数课程目标线下授课线上授课实验/实践1.绪论知识点1.1：地热开发理论与技术概述；知识点1.2：地热资源概况；知识点1.3：地热利用现状及发展趋势。200课程目标12.地热资源的成因、分类及分布特征知识点2.1：地热资源的成因；知识点2.2：地热资源的分类；知识点2.3：地热资源的分布特征。200课程目标1、23.地热资源勘查方法与评价知识点3.1：地热地面调查；知识点3.2：地热地球化学勘查；知识点3.3：地热地球物理勘探；知识点3.4：地热遥感技术；知识点3.5：地热钻探法；知识点3.6：地热资源评价。400课程目标1、2、44.地热资源利用知识点4.1：地热制冷；知识点4.2：地热供暖；知识点4.3：地热发电；知识点4.4：地热其他利用；知识点4.5：地热梯级利用。600课程目标1、25.浅层地热能工程技术知识点5.1：浅层地热能及其特征；知识点5.2：地源热泵技术；知识点5.3：地下水源热泵；知识点5.4：土壤源热泵。600课程目标2、3、46.中深层地热能工程技术知识点6.1分布及利用方式；知识点6.2中深层地热钻井；知识点6.3中深层地热固完井；知识点6.4地热井抽水试验与产能分析；知识点6.5：地面工程（地热井口工程和设备）。800课程目标2、3、47.干热岩利用方法知识点7.1：干热岩地热资源评价方法；知识点7.2：干热岩资源量及其分布；知识点7.3：干热岩井建造技术；知识点7.4：热岩储层建造技术；知识点7.5：干热岩发电。400课程目标2、3、4合计3200四、本课程与其他课程的联系《地热开发理论与技术》课程衔接《地质学基础》、《新能源勘查方法与技术》、《传热学》、《地热学》、《钻完井工程》、《工程热力学》、《新能源科学与工程概论》、《新能源勘查方法与技术》、《流体力学》、《钻完井工程》、《岩石力学》等专业课程，《地热开发理论与技术》主要讲解地热资源的成因、分类及分布特征，地热资源勘查方法与评价，以及地热能开发利用的工程技术问题。《地热开发理论与技术》后续课程有：《新能源转化与利用》、《储能原理与技术》、《新能源发电技术》等课程。五、教材与其他教学资源（含教学参考书或在线资源）（一）建议教材[1]窦斌，地热工程学[M].中国地质大学出版社，2020，教育部高等学校地质类专业教学指导委员会推荐教材；中央高校教育教学改革基金（本科教学工程）资助[2]唐志伟.地热能利用技术[M].化学工业出版社，2018.[3]郑克棪.地热利用技术[M].中国电力出版社，2018.（二）其他教学资源[1]多吉.中国地热资源开发利用战略研究[M].科学出版社，2018.[2]RonaldDipippo.地热发电厂：原理、应用、案例研究和环境影响(第三版)[M].中国石化出版社，2016.[3]张育平.中深层地热钻井换热供暖关键技术[M].科学出版社，2021.[4]廖志杰.中国读本-中国的火山、温泉和地热能[M].中国国际广播出版社，2012.[5]赵丰年.地热能技术标准体系研究与应用[M].中国石化出版社有限公司，2021.[6]郑克棪.地热：来自地下的热能[M].中国石化出版社有限公司，2019.[7]徐世光.地热学基础[M].科学出版社，2010.[8]智慧树：地热工程学/courseHome/1000001797[9]中国大学MOOC:储能原理与技术/course/FJNU-1206412806六、教学方法与学习建议（一）授课方式以学生为中心，采用“讲师讲解+案例教学法+启发研讨法+任务驱动法+多媒体导入+分组讨论”等每次课堂不少于3种的自由组合授课方式。（二）重点（1）浅层地热能、中深层地热能开发利用的基本原理；（2）浅层地热能、中深层地热能开发利用方法及工艺流程。（三）难点（1）地热井抽水试验及产能分析；（2）地热资源开发相关参数的计算。（四）后续自主学习建议（1）认真学习教材，地热工程学，窦斌，中国地质大学出版社，2020年1月，教育部高等学校地质类专业教学指导委员会推荐教材；中央高校教育教学改革基金（本科教学工程）资助，积极在CNKI查阅相关地热学习资料；（2）课后可观看由任课老师的提供的在线课程教学资源，加深对所学内容的理解；（3）认真进行复习，观看由任课教师提供的PPT及相应的视频资源；（4）在完成教师作业的基础上，认真思考，积极创新，在地热勘探开发利用方面提出自己的见解和思路。七、课程考核及成绩评定方式（一）课程考核考核方法：总成绩满分100分，包括：平时考核、过程考核和期末考试三部分。平时考核主要为考勤，占总成绩的10%；过程考核主要包括作业、课堂提问回答、师生互动、小组讨论等环节内容，占总成绩的30%；期末考试为闭卷考试，占总成绩的60%。平时考核100分，占总成绩的10%：出勤考核3次以上，每次出勤100分，缺席0分，按平均成绩计入过程考核；缺勤3次及以上，不得参加期末考试。过程考核100分，占总成绩30%：作业3次以上，每次成绩100分，每位学生课堂提问回答、师生互动、小组讨论2次以上，每次成绩100分，根据学生的作业情况及互动回答等情况，给出对应的分数，折合至平时考核100分内。期末考试100分，占总成绩60%：闭卷考试。（二）课程目标与考核内容的关系课程具体目标与知识单元和考试内容的关系如下：课程目标知识单元考试内容1.使学生能够正确认识地热行业发展现状和趋势，了解新能源的可持续性发展和社会节能减排、绿色环保的重要意义以及新能源开发的人文社会环境及国家相关政策支持、管理制度、法律等；融入青山绿水就是金山银山、科学发展观、生态环境保护等思政元素。1.绪论2.地热资源的成因、分类及分布特征4.地热资源利用考核知识点：能源的定义；地热工程技术发展的三个阶段；发展地热能对我国经济社会发展的战略意义；地热资源开发利用的现状；地热能产业发展存在的问题；地热资源开发利用发展趋势；地球热源的分类；世界地热资源的分布特征；中国地热资源的分布特征；地热供暖与常规锅炉供暖的区别。考核要求：掌握能源的定义、中国地热资源的部分特征；正确认识地热行业发展现状和趋势；了解地热能对我国经济社会发展的战略意义、世界地热资源的分布特征、中国地热资源的分布特征和地热供暖与常规锅炉供暖的区别。2.掌握浅层地热能，中深层地热能开发的基本原理、基本技术和工艺流程，熟悉地热资源勘查开发整体技术流程，能够制定技术方案和管理措施；融入科学发展观、工匠精神、科学精神、工作规范、敬业精神、生态环境保护等思政元素。2.地热资源的成因、分类及分布特征3.地热资源勘查方法与评价4.地热资源利用5.浅层地热能工程技术6.中深层地热能工程技术考核知识点：依据地热资源的性质和赋存状态；地热系统分类类型及特点；地热钻探法动态监测内容；地热制冷制冷剂类型及特点；地热供暖系统的组成；地热供暖系统的分类；浅层地热能的优点；浅层地热能的不足；浅层地热能的存在形式及特点；地源热泵技术的主要优势；地源热泵技术的系统组成；地源热泵的类型；地下水源热泵系统的组成；地下水换热系统设计的步骤；地下水总需求量的确定；中深层地热井的利用方式；中深层地热钻井井身结构；井深设计依据；地热钻孔（井）常用钻进方式、特点及适用条件；高温高压对钻井液的影响；抗高温泥浆材料；高压井常用的固井措施；高温固井时的注意事项；常用的深井固井技术及适应情况；洗井的目的；常用的洗井方法；抽水试验必须符合的基本要求；抽水设备类型、特点及适用条件；抽水试验的目的；稳定抽水试验要求；地面井口工程的形式、功用、特点。考核要求：掌握浅层地热能，中深层地热能开发的各个环节的基本原理、基本技术和工艺流程，熟悉地热资源勘查开发整体技术流程，能够制定技术方案和管理措施。3.能够提出浅层地热能、中深层地热能和干热岩利用工程问题的关键理论问题和技术难题，会将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决地热能开发工程问题，具备工程科学思维和工程管理意识；融入钻研精神、敬业精神、责任担当、道路自信、理论自信、制度自信等思政元素，开展以天下兴亡、匹夫有责为重点的家国情怀教育、崇德向善的道德追求。2.地热资源的成因、分类及分布特征3.地热资源勘查方法与评价4.地热资源利用5.浅层地热能工程技术6.中深层地热能工程技术干热岩利用方法考核知识点：热红外遥感地热调查中的局限性；单级溴化锂吸收式制冷机的基本原理；单级溴化锂吸收式制冷机的设计计算；两级溴化锂吸收式制冷机的基本原理；两级溴化锂吸收式制冷机的设计计算；地热供暖系统的设计；地热供暖系统的调控；水文地质勘察和试验获取的信息；地下水井的设计与施工；地下水回灌的方法；造成回灌堵塞的主要原因；土壤源热泵系统组成；井深结构设计的基本原理；滤水管的基本要求及基本尺寸的确定；地热潜水电泵的基本参数；干热岩地热资源评价方法；干热岩