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Team

深地科学与绿色能源研究团队

团队基本信息

  • 团队名称
    深地科学与绿色能源研究团队
  • 所属学院 / 单位
    土木与交通工程学院
  • 成立时间
    2018年

团队简介

研究方向与特色

团队以深地科学基础研究和低碳绿色能源系统创新为核心,围绕国家重大需求,系统开展深地科学及绿色能源关键理论与技术研究,涵盖深部原位岩石力学、工程扰动岩石动力学、中低温地热发电颠覆性技术、月基保真取芯与温差发电技术,以及海水原位直接制氢新原理技术等方向。团队目标是建立深地科学新理论,推动深地深海深空物质资源开发与利用技术创新,优化新能源结构布局,为国家“双碳”战略提供理论与技术支撑。

主要研究方向

  • 方向 1:深地、深海、深空岩石动(静)力学
  • 方向 2:深地、深海(可燃冰)、深空保真取芯探矿
  • 方向 3:地热勘探、开采与发电理论及技术
  • 方向 4:低碳技术与海水直接制氢

标志性技术 / 理论

1.研发了海水无淡化原位制氢全新原理技术

开创了海水原位直接电解制氢全新原理与技术,建立了气液界面相变自迁移自驱动的海水直接电解制氢理论方法,构建了物理力学-电化学理论方程与技术模型,实现了无额外能耗的电化学反应协同海水迁移的动态自调节稳定海水直接电解制氢,该成果在《Nature》期刊上发表,并入选“2022年度中国科学十大进展”提出了抵抗真实大海不可控海洋波动环境的海水直接制氢全新路径与技术;研发了全新解耦式海水直接电解制氢策略,研制了漂浮式海上制氢平台以及海上风电智慧稳定供电系统,实现了工业级电流密度下超250小时的长时间稳定低能耗产氢,首次实现了海上风电无淡化海水直接电解制氢的海试成功,成功打造了全球首个海上风电海水直接电解制氢技术示范工程。

2.研制了深部岩石原位保真取芯与保真测试分析系统

首创了原位自触发保压取芯技术构想与“主动+被动”保温相结合的保压保温取芯全新原理,原创性提出“保质、保湿、保光”取芯与“随钻随成膜”的颠覆性原理与技术,攻克了深部原位随钻成膜技术难题,填补了深部原位保质保湿保光取芯的技术空白。自主研制了全球首个1:1全尺寸深部原位五保取芯率定与模拟分析平台,填补了不同深度原位环境物理力学参数模拟测试与率定的技术空白。创新性提出温压插补解耦控制技术,突破了温压耦合控制难题,填补了深部原位环境重构与保真移位对接的技术空白;首创了深部原位保真重构环境中岩芯声电磁信号非接触式测试技术与方法,实现了保真岩心物性参数非接触测试;首创了深部原位重构环境下保真岩样制备与保真加载测试系统,实现了保真岩芯的保真加载测试分析,为深部原位岩石力学研究提供了全新的基础实验平台。该设备于2024年12月正式向全球发布。

3.研制了动态真三轴电磁霍普金森杆试验测试系统

提出了动态真三轴电磁霍普金森杆主体控制方法与技术,研制了三轴六向霍普金森杆与试样定位对中与控制、与脉冲枪的三维对中调平、波导杆三维对中调控支撑装置,实现了三轴六向霍普金森波导杆、试样与脉冲枪的三维高精度快速对中调平精准控制。首次开展完成了三轴六向动态加载与多轴多向动静耦合加载测试试验,填补了国内外空白。首创了三轴六向电磁应力脉冲加载方法、技术与装置。独创了三轴六向电磁应力脉冲发生器装置,破解了应力波加载到时误差大、波形重复度低的世界难题,实现了三轴六向电磁应力脉冲的可调、可控及可重复性。首创了三轴六向动静耦合加载方法、技术与设备,突破了真三轴静力加载系统和三轴六向动力加载系统高精度耦合的技术瓶颈,实现了静态围压和电磁应力脉冲的多轴多向动静耦合加载。该设备填补了国际上三维岩石动力学试验测试手段的空白,获得了海内外知名专家学者的高度评价。

关键词

深地、深海、深空、绿色能源、低碳

团队定位

  • 基础研究型
  • 应用开发型
  • 产学研融合
  • 其他

支持学科

  • 支柱学科:土木工程
  • 相关学科:数学、力学、化学、矿业工程、能源工程

团队成员构成

姓名

职称 / 职务

研究方向

在团队中的角色

谢和平

中国工程院院士

深地科学与绿色能源

学术带头人

朱建波

特聘教授

岩石动力学

技术骨干

李存宝

特聘教授

岩石损伤灾变

技术骨干

龙西亭

特聘教授

地热开发

技术骨干

安森友

特聘教授

二氧化碳封存

技术骨干

周韬

特聘教授

岩石动力学

技术骨干

郭峻

副教授

环境岩土工程

技术骨干

李铭辉

副教授

岩石力学

技术骨干

陈彬

副教授

新能源材料

技术骨干

廖志毅

副教授

岩石动力学

技术骨干

王俊

副教授

地热发电

技术骨干

翟朔

助理教授

煤炭清洁发电

技术骨干

鲁俊

助理教授

岩石力学

技术骨干

胡建军

助理教授

地热开发

技术骨干

张凯

助理教授

岩石动力学

技术骨干

赵乐

助理教授

深部保真取芯

技术骨干

郝海春

助理教授

月基取芯探矿

技术骨干

刘一飞

助理教授

岩土颗粒力学

技术骨干

滕莹

助理教授

二氧化碳资源化利用

技术骨干


研究设施与资源

支撑平台

  • 深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室
  • 广东省深地科学与地热能开发利用重点实验室
  • 深圳市深部工程科学与绿色能源实验室

核心设备

序号

设备名称

设备型号

1

台式扫描电子显微镜

PHENOM PRO

2

深部原位五保取芯系统温压耦合

测试平台

定制

3

模块化余热发电机组

ORC-MTG115H

4

3D 激光陶瓷打印机

CSL150A

5

表面形貌扫描显微镜

ST400

6

32 通道高速数据采集器

Genesis

7

X 射线三维无损探伤仪

xs|300d

8

图像重构及可视化分析软件

Datos VG STUDIO MAX 3.4 Thermo Fisher

9

岩石力学纳米实时探伤仪

X|s 180nf

10

3D 打印机

J850 Prime

11

聚焦离子束扫描显微镜系统

Scious 2 HiVac

12

高性能服务器

HPC

13

深部岩石微纳力学分析仪

PI89

14

深部原位环境保真移位舱

定制

15

综合钻进测试系统

SZU-ZJXT

16

月基环境模拟系统

RZKGD-210

17

高精度岩石力学综合测试仪

MTS 815.04

18

一体化声学测试仪

PCI-2

19

显微共焦激光拉曼光谱仪

inVia

20

超高速摄影仪

KIRANA05M

21

超高速摄影仪

Kirana5M

22

高温高压舱体移位与对接系统

定制

23

深部原位温压耦合取芯器

JSKJ-QXQ

24

高温高压微观渗流可视化测试系统

定制

25

岩石动态剪切测试系统

TARS-1500

26

多工位放电等离子烧结(带手套箱)

csps-6500/200/stx

27

爆炸喷涂系统

CCDS2000-2G

28

热电转换效率测量仪

PEM-2

29

燃料电池测试系统

NBT-SOFC-5KW

合作网络

  • 国内外知名合作高校:美国哈佛大学、斯坦福大学、宾夕法尼亚州立大学,英国剑桥大学,澳大利亚莫纳什大学、墨尔本大学,挪威科技大学,香港理工大学,四川大学,山东大学等
  • 机构及企业:中国东方电气集团有限公司、国家电投集团广东电力有限公司、国家能源集团、中国石油天然气集团有限公司、中国平煤神马控股集团有限公司、山东能源集团等

科研项目与成果

标志性科研项目

项目名称

项目负责人

项目类型

起止时间(年)

深部岩石原位保真取芯与保真测试分析系统

谢和平

国家自然科学基金重大科研仪器研制项目

2019-2024

工程扰动岩石动力学理论和技术

谢和平

广东省珠江团队项目

2020-2025

海洋资源绿色开发学科突破先导项目

谢和平

教育部学科突破先导项目

2025-2030

分体模块式海水无淡化直接电解制氢技术及系统装备

谢和平

广东省重点领域研发计划项目

2025-2027

深部原位三维岩石动力学测试技术与数字化智能分析

朱建波

国家科技重大专项-课题

2025-2028

三维裂隙岩体动力学

朱建波

国家自然科学基金杰出青年科学基金项目

2024-2028

深部固体资源流态化开采下原位岩体力学理论与灾变预测方法

李存宝

国家科技重大专项-课题

2024-2028

深部岩石各向异性多尺度力学行为

李存宝

国家自然科学基金优秀青年科学基金项目

2025-2027

干热岩地热高效热伏发电理论与技术

龙西亭

国家重点研发计划-课题

2022-2026

深部近零碳排放直接煤固体氧化物燃料电池原位电化及CO2催化转化原理与技术

陈彬

国家科技重大专项-课题

2025-2029

高温储层岩体物理力学特性变化规律与表征方法

李铭辉

国家自然科学基金项目重大项目-课题

2022-2026

海水无淡化原位直接电解制氢技术开发与产业化推广应用

谢和平

横向项目

2022-2032

海上风电驱动的兆瓦级海水原位制氢首台套关键技术研究

谢和平

横向项目

2025-2027

煤层瓦斯含量精准测试方法及装备研究

谢和平

横向项目

2022-2023

深部矿产资源安全高效开采技术与职业健康研究

谢和平

横向项目

2019-2021

原位环境古龙青山口组页岩宏观力学特性和渗流规律测试

谢和平

横向项目

2021-2022


代表性成果

论文:高水平论文

  • Heping Xie, Zhiyu Zhao, Tao Liu, Yifan Wu, Cheng Lan, Wenchuan Jiang, Liangyu Zhu, Yunpeng Wang, Dongsheng Yang & Zongping Shao. (2022). A membrane-based seawater electrolyser for hydrogen generation. Nature, 612(7941), 673-678.

  • Shuo Zhai, Heping Xie, Peng Cui, Daqin Guan, Jian Wang, Siyuan Zhao, Bin Chen, Yufei Song, Zongping Shao, Meng Ni. (2022). A combined ionic Lewis acid descriptor and machine-learning approach to prediction of efficient oxygen reduction electrodes for ceramic fuel cells. Nature Energy, 7(9), 866-875.

  • Tao Liu, Cheng Lan, Min Tang, Mengxin Li, Yitao Xu, Hangrui Yang, Qingyue Deng, Wenchuan Jiang, Zhiyu Zhao, Yifan Wu & Heping Xie. (2024). Redox-mediated decoupled seawater direct splitting for H2 production. Nature Communications, 15(1), 8874.

  • Tao Liu, Yunpeng Wang, Yifan Wu, Wenchuan Jiang, Yuchao Deng, Qing Li, Cheng Lan, Zhiyu Zhao, Liangyu Zhu, Dongsheng Yang, Timothy Noël, Heping Xie. (2024) . Continuous decoupled redox electrochemical CO2 capture. Nature Communications, 15(1), 10920.

  • Tao Liu, Zhiyu Zhao, Wenbin Tang, Yi Chen, Cheng Lan, Liangyu Zhu, Wenchuan Jiang, Yifan Wu, Yunpeng Wang, Zezhou Yang, Dongsheng Yang, Qijun Wang, Lunbo Luo, Taisheng Liu & Heping Xie. (2024). In-situ direct seawater electrolysis using floating platform in ocean with uncontrollable wave motion with uncontrollable wave motion. Nature Communications, 15(1), 5305.

  • Hongxin Yang, Yuan Zhang, Zhipeng Liu, Chunfang Hu, Junbiao Li, Hailong Liao, Minhua Shao, Meng Ni, Bin Chen, Zongping Shao & Heping Xie. (2025). Hydration-induced stiffness enabling robust thermal cycling of high temperature fuel cells cathode. Nature Communications, 16(1), 3154.

  • Heping Xie, Yunqi Hu, Mingzhong Gao, Ling Chen, Ru Zhang, Tao Liu, et al. Research progress and application of deep in- situ condition preserved coring and testing[J]. International Journal of Mining Science and Technology, 2023, 33(11): 1319-1337.

  • Heping Xie, Jun Lu, Cunbao Li, Minghui Li, Mingzhong Gao. (2022). Experimental study on the mechanical and failure behaviors of deep rock subjected to true triaxial stress: A review. International Journal of Mining Science and Technology, 32(5), 915- 950.

  • Jianbo Zhu, Rui Zhao, Yashi Li, Yankun Ma, Jianxin Wang, Qi Peng, Jun Guo. (2023). Experimental study of vibration reduction effect of barrier holes under blasting. Rock Mechanics and Rock Engineering, 56(2), 1185-1198.

  • Tao Zhou, Dongya Han, Jianbo Zhu. (2023). An experimental study of damage evolution in granite under compression and its influence on wave propagation. Rock Mechanics and Rock Engineering, 56(5), 3413-3427.

专利:已授权发明专利

  • 谢和平,李玉龙,朱建波,周韬,赵坚,索涛, 汤忠斌 . Dynamic true triaxial electromagnetic hopkinson bar system. US11988645B2.

  • 谢和平, 朱建波, 周韬, 高明忠, 李存宝, 廖志毅, 张凯, 王俊 . Uniaxial bidirectional synchronous control electromagnetic loaded dynamic shear test system and method. US11913915B2.

  • 谢和平,陈领,高明忠,鲁义强,朱建波,李存宝 . 保真取芯装置 . CN109555494B.

  • 谢和平,陈领,高明忠,吴年汉,朱建波,李存宝 . 一种月基原位保真取芯装置 . CN110186708B.

  • 谢和平,马举昌,周韬,廖家禧,李存宝 . 中低温地热 ORC 磁悬浮复合梯级发电系统 . CN110131115B.

获奖:省部级以上科技奖励

序号

成果名称

奖励类型

获奖年份

1

深部能源开发岩体应力场透明解析技术及应用

国家技术发明一等奖

2023

2

深部资源开采岩石各向异性体破裂机制与理论

四川省自然科学一等奖

2023

3

裂隙岩体三维裂纹动态扩展规律与破裂机制

教育部自然科学一等奖

2022

4

深部煤层原位保压保瓦斯取芯原理技术及装备研发

中国煤炭工业协会技术发明特等奖

2023

5

高地应力条件下深部洞室的动力响应与失稳破坏机制

中国岩石力学与工程学会自然科学一等奖

2021


未来发展规划

短期目标

开展 110 Nm3 H2/h 海水无淡化原位直接电解制氢海上工程示范,初步建立深部原位岩石力学新模型及工程扰动岩石动力学新理论,攻坚 5kW 级中低温地热热伏发电测试样机,攻关月基环境大深度保真取芯原理。

中长期目标

发展 1000 Nm3H2/h 海水无淡化原位直接电解制氢产业化,建立深部原位岩石力学与工程扰动岩石动力学理论,研发千瓦级深部地热原位发电样机系统,研制月基环境大深度保真取芯装置。

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