首届地热计算器专场培训成功举办

文摘   2024-12-23 09:22   山东  

转自地热能在线 


2024年12月21日,“首届地热计算器专场线上培训”顺利举行,吸引了全国各地200余名科研人员、工程师及相关从业者积极参与。此次培训旨在全面介绍并推广地热计算器这一专业计算软件在地热能开发利用过程中的创新应用,为地热行业的可持续、高效发展注入新动能。

地热计算器是在中国科学院汪集暘院士指导下,经过多轮研发迭代,实现了资源量评估、采灌井距优化、深井换热模拟、碳减排量计算以及静态地层温度预测等“一键式”功能,让数值模拟在地热领域的工程应用变得更加简便、高效。希望能借助这款操作便捷、功能强大的软件,帮助更多科研人员和工程师降低数值模拟的门槛,实现“人人都能数值模拟”的美好愿景。

田小明助理研究员

在上午的培训环节,中国科学院广州能源研究所助理研究员田小明重点介绍了“地热计算器”整体架构、代码托管平台、开发工具与平台、社区发布平台等技术基础,并逐一解析了井距优化模块、浅层地热模块、资源评价模块以及静态地层温度预测等功能。通过具体案例演示和现场答疑互动,学员们对这些核心功能的算法原理、关键参数设置及结果解读有了更清晰的认识。

蔡皖龙助理教授

随后,西安交通大学助理教授蔡皖龙围绕深层同轴管换热与深层U型管换热两个模块进行了系统讲解。他将理论知识与实操示例相结合,从不同工况的模拟演示中,详细阐释了在中深层地热开发中采用同轴管和U型管换热的技术要点和适用场景。针对碳减排量计算与ORC地热发电两大功能模块,于淼则以详实的实例进行说明,从理论依据到参数设定、结果分析再到工程应用,一一作了分享,并展现了这些功能为项目评估与设计提供的高效支持。

凭借一键式模拟、可视化结果和多场景适用等特点,地热计算器已在科研项目、工程实践和高校教学中得到广泛应用。根据培训反馈,不少学员表示此次培训不仅加深了他们对地热数值模拟的认识,也为他们在地热项目评估、可行性研究和系统设计等工作中提供了实用的技术指导和思路。

 “首届地热计算器专场培训”的成功举办,不仅帮助学员们全面了解并掌握了软件的核心功能和应用方法,也进一步彰显了地热开发在低碳化、可持续利用进程中的重要作用。主办方表示,将以此次培训为起点,不断探索多元化的培训和交流形式,让地热数值模拟技术在更广泛的行业领域加速落地,为地热能的高质量发展提供更完善的技术支撑。

地热计算器官方网址:https://xiaomingtian-1.github.io/archives/


地热计算器(Geothermalkits)简介

地热计算器是一款用于地热能开发利用过程中的计算软件,能够一键实现资源量、采灌井距优化、深井换热模拟、碳减排量和静态地层温度预测等的计算,以降低数值模拟和其他复杂数学运算在地热领域工程应用中的难度,致力于实现“人人都能数值模拟”。

地热计算器是在中国科学院汪集暘院士指导下,由中国科学院地质与地球物理研究所孔彦龙研究员领衔,联合田小明(代尔夫特理工大学博士)、黄永辉(德累斯顿工业大学/亥姆霍兹环境研究中心博士)、蔡皖龙(西安交通大学博士)、陈超凡(德累斯顿工业大学/亥姆霍兹环境研究中心博士)、刘昌为(斯坦福大学博士后)、于淼(天津大学-雷克雅未克大学硕士)、孟博言(德累斯顿工业大学/亥姆霍兹环境研究中心博士)和邵亥冰(亥姆霍兹环境研究中心研究员)等一批国内热衷于地热模拟事业的青年科技工作者共同完成。

地热计算器4.0版本功能简介

01

ORC地热发电模块

针对中低温地热资源,采用有机朗肯循环(ORC)技术,实现地热发电利用方案的仿真计算。有机朗肯循环技术近年来已被广泛应用于中低温地热发电,该模块通过用户输入地热井口温度、流量等基础参数,利用ORC系统热力学模型计算出系统的潜在发电量和发电效率。用户无需复杂的技术背景,只需输入基本的地热资源参数,即可一键实现地热发电潜力的快速评估。该工具适用于前期项目评估和资源开发潜力的快速筛选,进而为项目的可行性研究和工程设计提供支持。该模块由于淼、田小明、孟博言、陈超凡共同开发。

02

二氧化碳减排量计算模块

参考了联合国气候变化框架公约(UNFCCC)下“清洁发展机制(CDM)”相关工具,国家核证自愿减排量(CCER)项目方法学CM-022-V01《供热中使用地热替代化石燃料》和国家推荐标准GB/T 11615-2010《地热资源地质勘查规范》中的方法学,用于计算供热系统中使用地热能替代化石能源所产生的二氧化碳减排量,并能适用于浅层地热和中深层地热两不同类型的供热系统。该模块由于淼、田小明和蔡皖龙共同开发。

03

静态地层温度预测模块

由于钻井液、泥浆等扰动影响,通过井底温度来获取真实地层温度过程中需要多次关井、多次测量才能确保其准确性,然而由于井下扰动较大,关井时间有的需要几天、甚至几个月才能趋近稳定,时间、人员、设备成本较高,该模块能够实现低成本快速地层温度的近真实预测。该模块由田小明和刘昌为共同开发。
上图中渐近线(红色虚线)代表关井时间趋近无穷大时的井底温度,也就是接近真实的静态底层温度

04

U型井换热模块

地热计算器的“U型井换热”模块实现了对中深层U型管式取热不取水换热器取热过程的动态长期模拟。该模块采用OGS-6数值算法(双连续介质有限元法)作为计算内核,可实现针对地埋管及其周围三维耦合岩土的动态传热计算。同时借助GMSH软件方法实现了网格自动剖分,在不影响计算精度的情况下,极大地减少了模型所需网格数量。目前模型运行时间缩减到约20分钟/取热运行年,运行效率相比传统三维数值模拟提高了数十倍。该模块由蔡皖龙,田小明,陈超凡开发。
深层U型管进出口温度随时间变化曲线图
第3月管内循环温度分布图
第16月管内循环温度分布图
剖面温度分布动图

05

深井换热模块

地热计算器的“深井换热”模块,主要是对同轴管深层取热不取水模型进行模拟,耦合了双连续介质法(即换热井和周围岩体),实现了网格剖分自动化,极大地减少了模型的网格数量,让以往模型的运行完成时间从几天缩减到几个小时之内,运行效率提高了近十倍。该模块由田小明,黄永辉,孔彦龙开发。
一键实现深井换热模拟
温度随深度变化曲线图
采出井出口温度随时间变化曲线图

06

 井间距优化模块

该模块采用了Kong et al. (2017)中所提出的算法,是以地热对井(Doublet)为模型进行对井井距优化模拟计算,井间距优化模块可以辅助地热资源开发的决策者进行热田生产管理。该模块由孔彦龙,田小明,黄永辉和刘昌为开发。
一键实现井间距优化

07

资源评价模块

该模块主要是对地热储层进行简单的地质建模并计算地热资源量,由汪胜和田小明开发。
一键实现地热资源评价

08

浅层地热模块

该模块主要用于浅层地热资源利用的模拟,可以快速生成地层温度分布图、温度与时间变化关系曲线,该模块由田小明,陈泷,邵亥冰和孔彦龙开发。
一键实现浅层地热模拟
温度场随时间变化分布图
最后一年温度随时间变化图

参考文献

向上滑动阅览

[1] Kong, Yanlong, Zhonghe Pang, Haibing Shao, and Olaf Kolditz. "Optimization of well-doublet placement in geothermal reservoirs using numerical simulation and economic analysis." Environmental Earth Sciences 76, no. 3 (2017): 118.

[2] Kolditz O, Bauer S, Bilke L, Bottcher N, Delfs JO, Fischer T, Gorke UJ, Kalbacher T, Kosakowski G, McDermott CI, Park CH, Radu F, Rink K, Shao H, Shao HB, Sun F, Sun YY, Singh AK, Taron J, Walther M, Wang W, Watanabe N, Wu N, Xie M, Xu W, Zehner B (2012) OpenGeoSys: an open-source initiative for numerical simulation of thermo-hydro-mechanical/chemical (THM/C) processes in porous media. Environ Earth Sci, 67:589–599.

[3] Al-Khoury, Rafid, T. Kölbel, and R. Schramedei. "Efficient numerical modeling of borehole heat exchangers." Computers & Geosciences 36.10 (2010): 1301-1315.

[4] Chen, Chaofan, Haibing Shao, Dmitri Naumov, Yanlong Kong, Kun Tu, and Olaf Kolditz. "Numerical investigation on the performance, sustainability, and efficiency of the deep borehole heat exchanger system for building heating." Geothermal Energy 7, no. 1 (2019): 1-26.

[5] Chen, Chaofan, Wanlong Cai, Dmitri Naumov, Kun Tu, Hongwei Zhou, Yuping Zhang, Olaf Kolditz, and Haibing Shao. "Numerical investigation on the capacity and efficiency of a deep enhanced U-tube borehole heat exchanger system for building heating." Renewable Energy 169 (2021): 557-572.

[6] Chen, Shuang, Wanlong Cai, Francesco Witte, Xuerui Wang, Fenghao Wang, Olaf Kolditz, and Haibing Shao. "Long-term thermal imbalance in large borehole heat exchangers array–A numerical study based on the Leicester project." Energy and Buildings 231 (2021): 110518.

[7] Cai, Wanlong, Fenghao Wang, Shuang Chen, Chaofan Chen, Jun Liu, Jiewen Deng, Olaf Kolditz, and Haibing Shao. "Analysis of heat extraction performance and long-term sustainability for multiple deep borehole heat exchanger array: A project-based study." Applied Energy 289 (2021): 116590.

[8] 孔彦龙,陈超凡,邵亥冰,庞忠和,熊亮萍,汪集暘.深井换热技术原理及其换热量评估[J].地球物理学报,2017,60(12):4741-4752.

[9] 孔彦龙,黄永辉,郑天元,等. 地热能可持续开发利用的数值模拟软件OpenGeoSys:原理与应用. 地学前缘, 2020, 27(01):170-177.

[10] Liu C, Li K, Chen Y, Jia L, Ma D. Static Formation Temperature Prediction Based on Bottom Hole Temperature. Energies. 2016; 9(8):646.



热辐射与微纳光子学
热辐射与微纳光子学
 最新文章