《欧洲计量创新与研究计划(EMPIR)项目发布地震、次声波和水声监测传感器校准指南》

  • 编译者: 李晓萌
  • 发布时间:2024-08-20
  • 欧洲计量创新与研究计划(EMPIR)项目展示了极低频率声音和振动测量的首次可追溯性,并已发布良好实践指南。仔细监测低频声音和次声可以探测极端事件,如地震、海啸或火山喷发。国际监测系统(IMS)也使用监测站来探测核爆炸,从而检查遵守临时全面禁止核试验条约(CTBT),禁止进一步测试核武器。然而,在2018年初,许多检测系统缺乏对国际单位制(SI)的校准和可追溯性支持。这已通过现已完成的EMPIR项目“低频声音和振动测量的计量学”(19ENV03,Infra-AUV)得到解决,该项目代表了首次综合尝试解决这一领域内三个技术——空气声学、地震学和水下声学——所识别的需求。该联盟现已发布了一份关于IMS网络部署的地震声学和水声传感器系统的可追溯性良好实践指南。该指南虽然针对国际监测系统及其观测站,但也按技术组织,有独立的地震、次声波和水声传感器系统部分。为每种技术描述了完整的可追溯性和校准链——从主要实现方法到可以在野外实施的方法。在所有项目合作伙伴的投入下,每种使用的技术都有详细说明,重点是新开发的校准设施,包括主要和次要实验室校准及其现场对应物。

    指南中介绍了三个案例研究,每个案例研究都说明了有助于为部署策略提供信息的好处。这些包括:

    ·通过分析测量不确定度的传播,从测量数据中得出的场参数的不确定度的清晰度。

    ·新功能可检测传感器系统组件中的缺陷,甚至可以在后处理中纠正此类缺陷。

    ·演示了为一种技术开发的现场校准方法在另一种技术中成功应用的可行性。

    ·优化可以充分覆盖整个传感器阵列的参考传感器数量。

    得益于Infra-AUV项目,世界上首次建立了极低频声音和振动测量的可追溯性。协调该项目的Bruns博士(PTB)关于指南表示:“这份文件总结了三年多的密集研究和开发工作,我们希望它将为整个地球科学测量领域的数据质量带来显著提升。”

    这个EMPIR项目由欧盟地平线2020研究和创新计划和EMPIR参与国共同资助。

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  • 《欧洲计量创新与研究计划(EMPIR)项目开发便携式单光子源以及新的量子测量范式》

    • 编译者:李晓萌
    • 发布时间:2024-07-06
    • 创造单光子源的能力将大大推进目前正在开发的许多基于量子的技术,如量子计算、量子通信以及增强的成像和传感技术。然而,生产按需发射一个光子并具有可调节重复性的光源并不是一项简单的任务。 欧洲计量研究计划(EMRP和EMPIR)内的项目支持应对这一挑战。 EMRP量子技术单光子源项目(EXL02,SIQUTE)首次基于钻石中的氮价中心对单光子源进行了全面的计量表征。 在此基础上,作为新量子标准的EMPIR项目单光子源(17FUN06,SIQUST)开发了一套新的金刚石单光子发射器,包括注入锡(Sn)、铅(Pb)、硅(Si)和锗(Ge)等离子的发射器。还研究了单光子量子点,包括有史以来第一个基于砷化铟镓(InGaAs)的量子点,用于校准单光子探测器。根据这项工作,该项目开发了两种便携式单光子源,除了用于校准外,还可以用于量子密钥分布测试床。 一种新的量子防护测量方法 除了第一个表征单光子源的标准化技术以及如何提供常见的不确定性估计程序外,该项目还首次实现了一种新的量子测量范式,该范式有可能在量子领域产生巨大影响。 在量子水平上,光子可以以一种以上状态的“叠加”形式存在。测量光子会导致这种“相干性”崩溃为一种或另一种状态。换句话说,测量量子系统会影响系统的结果。结果是,有必要检测统计上显著数量的光子,以获得感兴趣的测量可观测值的忠实估计。 新方法利用了一种称为量子齐诺效应的现象。这预测,如果一系列重复的测量足够快速和平滑,那么这将保持叠加,而不是使其崩溃。 在新的量子“保护性测量”范式中,单个偏振光子被“制备”并通过一系列仪器发送,如双折射晶体和偏振板。光子与每个光子的相互作用较弱,经历了一个“相互作用-干涉-选择”过程。如果它存活下来,它就会作为一个新的“准备好的”相干光子出现。由于已知幸存光子的特性(例如偏振),这起到了间接可观察到的作用,在没有直接测量的情况下提供光子状态的信息,并且简单地利用其在x/y平面中的位置信息提供状态的“指针”。 理论上,光子可以被发送通过无限多个这样的“选择”阶段,从而获得每个阶段的状态信息。 这是保护性测量的首次实现,证明了其保持系统状态相干性的能力,同时从单光子测量事件中提取可观测值的期望值。 尽管新范式仅处于原理验证阶段,但这项工作为其在量子计量和传感中的应用铺平了道路。 此外,该项目发表了46篇开放获取文章,在121次会议上发表,并提供了9个培训课程。 量子计量的单光子和纠缠光子源项目(20FUN05,SEQUEM)的工作仍在继续,该项目专注于单光子水平测量所需的协议和仪器。 这些EURAMET项目的工作预计将加强欧洲在量子技术领域的地位,促进密码学、通信、天文学和健康等领域的新发展,并有助于改进国际单位制光坎德拉的实践。 该EMPIR项目由欧盟地平线2020研究和创新计划和EMPIR参与国共同资助。 EMRP联合研究项目是EURAMET欧洲计量研究计划的一部分。EMRP由EURAMET内的EMRP参与国和欧盟共同资助。
  • 《欧洲深部地热技术创新平台发布战略研究与创新议程》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2019-08-06
    • 近期,欧洲深部地热技术与创新平台(ETIP-DG)发布深部地热战略研究与创新议程 ,确定了欧盟在地热领域未来数十年的研发优先事项,以到2050年实现欧盟的深部地热发展愿景。ETIP-DG由欧盟委员会在“战略能源技术规划”(SET-Plan)框架下于2016年创建,汇集了工业界、学术界和行业协会的代表,涵盖深部地热勘探、生产和利用的价值链,旨在降低深部地热发电的总成本以推进其商业应用。本议程共提出了5个领域的关键挑战:地热资源预测与评估;资源获取与开发;热电联产与系统集成;地热能技术开发政策研究;知识共享平台。具体将开展的研发重点如下: 一、地热资源预测与评估 1、改进钻探前的地热资源勘探。开发改进地热储层结构成像和岩石及流体性质的经济高效勘探方法:使用重力勘探、电磁勘探、无源地震勘探、2D-3D-4D反射地震勘探等勘探技术,降低勘测成本,提高地下成像分辨率;改进监测地表异常的遥感技术;开发结合计算科学和地质、地球物理、地球化学勘探的综合方法;开发流体通道、热流和压力评估的先进方法;储层温度、化学和流动特性、地震活动、联合场采集和增强数值联合反演的评价方法;勘探阶段评估地震诱发条件的技术。 2、先进调查和监测技术。改善地热开发全过程中的储层性能表征,主要包括:通过现场数据延时分析增强储层信息;提高钻孔地球物理技术(例如垂直地震剖面、可控源电磁法、光纤方法)以及原位地质和地球物理特性井筒测量技术的效率;原位流体监测;高温示踪剂技术;测井综合解释;高温和恶劣条件下的创新传感器;先进的数据采集、计算和处理,以及地表探测数据的综合解释;联合反演和建模,并与勘探和现场监测目标相结合;开发利用现有数据的技术(如智能再处理)。 3、开发勘探工作流程(概念模型、储层特征、性能和决策模型)。开发不同地热资源的最佳勘探工作模型,主要包括:概念模型和储层表征模型标准化;开发表征不同类型储层的预测模型;开发性能模型以及决策和风险管理方法;应用信息价值方法示范投资组合;自适应技术和组织方法实现躺井的再利用。 4、建立勘探目录(类比储层、岩石特性和模型约束)。建立岩石特性、裂隙网络特征和流体-岩石相互作用特征目录,改进多尺度、多学科和基于场地的概念模型和储层表征能力,主要包括:结合油气藏勘探和生产数据建立和扩展岩石特性数据库;开发不同地热储层的参考模型;开发新的扩大勘探规模的方法;通过特性与尺度的经验关系进行地质统计学储层构造与表征;构建多尺度参考地图和模型,为区域和场地模型提供约束,集成地球物理、实验室和结构模型;建立流体-岩石相互作用数据库,在油气/地热流体环境下为岩石特性变化提供约束条件。 5、评估资源潜力。开发欧洲统一的资源潜力评估工具和方法,主要包括:超高温地热系统资源的勘探方法,以及对超常规温度地热资源特性和过程的深入理解和预测模型;开发理论和实验方法以估算脆性/韧性条件下岩石物理和机械性质;分析深层超高温流体和枯竭油气储层获得低温地热资源;EGS资源勘探方法,以及对超常规深层地热资源的特性和过程的深入理解和预测模型;开发和测试勘探方法以探测合适储层条件;研究海上岩浆、地质再勘探和联合开采资源等新型资源。 二、资源获取与开发 1、机器人钻井技术。开发控制和/或自动化钻井技术以缩短时间并减少对井的破坏。技术领域包括井下传感器、双向通信通道、数据分析、机器学习数据库、自动化算法和地面控制处理硬件和软件。可能开发的技术包括用于地热钻探的新硬件和软件设备,以及集成井下测量和地面控制以实现地热钻井过程的自动化。 2、快速钻井技术。开发用于地热的高效岩石破坏技术并将井下测量与钻井技术相结合。主要包括:开发硬岩钻井方法,避免钻头磨损,并具有高穿透率(ROP > 5m/h);研究和优化岩石破坏准则;使用基于机械特性的下部钻具阻尼系统减轻钻柱振动;开发更高穿透率、更低钻压和更小扭矩的混合钻井系统;下部钻具的设计和测试;开发和测试用于结晶和硬岩的径向钻孔技术并进行钻孔设计;快速钻井的现场示范。 3、绿色钻井液。开发配置新型钻井液的技术和环保材料,可用于(超热)地热储层或与新型钻井方法相结合。重点关注纳米材料、聚合物、可生物降解聚合物、传热研究,以及基于模拟数据、实验室实验、现场试验和相关环境测试开发先进钻井液配方。 4、可靠的套管和固井材料。主要包括:耐腐蚀外壳的新型低成本解决方案;开发包覆层以降低成本;验证和示范新型耦合技术以降低套管破裂率;开发新型水泥配方以改善传热等问题,降低预热期间套管应力和应变,确保恶劣条件下的有效硬化和稳定;地热开发过程中套管柱情况的研究和分析;研究和分析材料及连接行为,以选择合适的材料;开发模拟地热环境的套管钻井测试设施;制定地热井的设计和维护标准。 5、钻井期间的监测和测井。通过创新的井下记录和通信方法改进地热钻井期间的信息获取,主要包括:高温和/或高压条件下运行的工具;在大斜度水平井中操作的工具;随钻测量技术,如随钻地震系统;储层非均质性、井眼波和混响分析;井间数据采集技术;高分辨率图像数据表征目标区域岩石;实时数据处理和解释以更精确调整钻井过程中井眼轨迹目标;实时井下-地面传输,如泥浆脉冲、电磁、钻杆声波;地面同步井下存储记录仪;通过在下部钻具上方使用先进减震器技术减少钻柱振动;低成本非侵入性技术以加快高风险条件的地下数据收集。 6、地热井高温电子设备。开发用于高温地热井的电子设备和传感器,确保可靠的钻井测量并实现随钻测井,主要包括:耐175-300℃的高温电子元件;改进的隔热罩以及电子设备和传感器冷却技术,可使用标准电子设备;将高温传感技术(例如光纤)集成到井的设计中。 7、增强型地热开采的有效和安全技术。用于EGS的特殊井道概念设计,研发联合增产技术以改善性能并降低地震风险。通过现场测试证明和改进上述及类似技术的有效性,研究激发技术的可持续性和影响,通过实验室和现场测试来评估“全钻井”热提取概念的可行性。 8、完全回注和绿色发电。不可冷凝气体回注系统的实验室测试和建模;开发混合井储层模拟器等计算工具;特定场地完井设计;开发创新系统以避免/减少发电厂中断供电期间地热流体向大气的排放;放射性物质处理;研究和开发酸性高压高温环境下设备的新材料。 9、减少腐蚀和结垢,优化设备和组件寿命。结垢和腐蚀的评估、监测和控制研究;预防地热储层和环境结垢及腐蚀的化学品的演变研究;在线测量水垢形成的连续、非破坏性、非侵入性定量和定性方法;规模化缆线清洁作为连续使用阻垢剂的替代或补充方案;开发稳定的示踪剂以监测流动路径,确定高温和超临界储层的岩石体积和水-岩石传热面。 10、有效的资源开发。提高控制和预测地热发电厂管理效率的能力,重点关注:储层管理策略和生产潜力预测;流体管理、设备保护和减少排放;生产系统设计优化和环境影响最小化;非常规和混合系统的设计及性能预测;发电厂综合设计和管理;特定情景的成本效益预测分析。 11、增强型生产泵。提高生产泵效率和寿命以确保地热生产可靠性,并开发避免井区域中两相流动的工具,提高开采经济性。主要包括:开发耐高温、高效的电潜泵技术;电潜泵地热密封装置;提高不同供应商的电潜泵组件的兼容性;改进封闭式注射泵技术;高矿化和盐水储层的可靠利用;在泵技术部门及相关活动领域建立欧洲范围内的合作。 三、热电联产及系统集成 1、先进二元系统。降低发电成本:新的外形和布局设计,低成本组件材料,减少电厂占地面积和整体成本;发展计算流体动力学技术提高涡轮机平均效率;亚临界和超临界机组中使用新的流体混合物提高净循环效率;新型多级配置减少热量浪费;降低电厂配套设施成本;扩大发电规模。改进二元系统特定组件:改进热交换器的材料、表面结构和涂层以增强传热和减少结垢,改进空气冷却器/冷凝器提高冷却系统效率;低温地热源的混合冷却二元循环,创新级联概念集成热/冷供应。 2、创新设计并将二元循环技术集成到新的和现有的闪蒸电厂。通过将二元系统集成到地热闪蒸电厂以提高转换效率,包括:有效降低成本,增加二元电厂产能;根据瞬时负荷需求开发电网整合控制方法;电网运营商的远程控制;二元电厂与闪蒸电厂的集成方法。 3、高温二元发电厂。通过优化电厂设计,深入研究地热流体化学,采用合适的高阻材料防止腐蚀,将二元发电技术用于高温地热资源。 4、开发超高温地热系统。主要包括:示范可靠的流体处理和蒸汽净化方法;示范适用于商业开发的可靠地面设备;示范超高温地热井发电;示范湿式洗涤蒸汽净化方法;优化湿式洗涤方法以提高整体热量或功率转换效率;井下湿式洗涤以提高地面设备可靠性;干式洗涤以提高发电效率;测试或开发极端高温和高压环境的新材料和耐腐蚀设备。 5、提高地热发电厂灵活性。主要包括:调整膨胀机/涡轮机和其他组件;改善发电厂的模块化设计;优化地热源、二元发电厂和区域供热网络的连接配置;为特定场景(如岛屿)的智能电网提供不同电压电力。 6、高温储热。主要包括:集成储热以应对热需求和热供应变化;开发控制系统以管理热量和电力生产、热量需求和存储。 7、开发混合发电厂。主要包括:利用余热或非地热资源提高地热盐水温度的新型地热发电厂;利用地热稳定波动性发电的混合发电厂;地热与其他能源在工业和/或住宅区的区域供热和制冷结合的示范。 8、地热资源矿产开发。主要包括:提高分离技术的选择性和效率;开发从地热盐水中提取化学成分并转化为高价值产品的新型技术;开发利用地热盐水化学能源潜力的技术;将分离技术整合到地热工厂中。 9、智能电网不同电压下的地热发电。主要包括:开发电力系统转换器和相应控制系统以将地热发电厂连接到低压和中压电网;整合中/长期储能系统(储电和储热);开发小型和分布式地热发电厂新概念。 四、地热能技术开发政策研究 在欧盟和国家层面制定地热能开发政策,以促进地热市场的发展和领域的创新渗透。重点关注:研究和评估地热的经济激励和支持机制;解决和量化勘探风险,开发减轻风险的金融工具;促进地热与自然环境的融合;基于“循环经济”概念进行开发;开展针对公众参与和接受的研究;确保地热能的专业技术和人力资源,培养下一代地热研究力量。 五、地热能知识共享平台 通过开发信息平台,在欧盟层面创建标准和通用数据模型,促进欧洲层面的地热信息获取。将共享相关数据和衍生模型以降低勘探成本并管理技术和财务风险,通过大规模示范和部署以验证创新地热概念及其在能源系统中的集成。