地?zé)嵊?jì)算器團(tuán)隊(duì)于今日發(fā)布了“地?zé)嵊?jì)算器V4.0”，相較于V3.4，實(shí)現(xiàn)了以下更新：1. ORC地?zé)岚l(fā)電模塊：可一鍵自動(dòng)計(jì)算ORC地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)關(guān)鍵性能指標(biāo)。

關(guān)鍵詞 |中科院 地?zé)嵊?jì)算器 

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作者 | 地?zé)嵊?jì)算器團(tuán)隊(duì)

地?zé)嵊?jì)算器（Geothermalkits）簡(jiǎn)介

地?zé)嵊?jì)算器是一款用于地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用過(guò)程中的計(jì)算軟件，能夠一鍵實(shí)現(xiàn)資源量、采灌井距優(yōu)化、深井換熱模擬、碳減排量和靜態(tài)地層溫度預(yù)測(cè)等的計(jì)算，以降低數(shù)值模擬和其他復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算在地?zé)犷I(lǐng)域工程應(yīng)用中的難度，致力于實(shí)現(xiàn)“人人都能數(shù)值模擬”。

地?zé)嵊?jì)算器是在華捷地?zé)釡厝菏抗ぷ髡緦＜?、中?guó)科學(xué)院汪集暘院士指導(dǎo)下，由華捷地?zé)釡厝菏抗ぷ髡緦＜?、中?guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所孔彥龍研究員領(lǐng)銜，聯(lián)合田小明（代爾夫特理工大學(xué)博士）、黃永輝（德累斯頓工業(yè)大學(xué)/亥姆霍茲環(huán)境研究中心博士）、蔡皖龍（西安交通大學(xué)博士）、陳超凡（德累斯頓工業(yè)大學(xué)/亥姆霍茲環(huán)境研究中心博士）、劉昌為（斯坦福大學(xué)博士后）、于淼（天津大學(xué)-雷克雅未克大學(xué)碩士）、孟博言（德累斯頓工業(yè)大學(xué)/亥姆霍茲環(huán)境研究中心博士）和邵亥冰（亥姆霍茲環(huán)境研究中心研究員）等一批國(guó)內(nèi)熱衷于地?zé)崮M事業(yè)的青年科技工作者共同完成。

地?zé)嵊?jì)算器4.0版本功能簡(jiǎn)介

01/ORC地?zé)岚l(fā)電模塊

針對(duì)中低溫地?zé)豳Y源，采用有機(jī)朗肯循環(huán)（ORC）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地?zé)岚l(fā)電利用方案的仿真計(jì)算。有機(jī)朗肯循環(huán)技術(shù)近年來(lái)已被廣泛應(yīng)用于中低溫地?zé)岚l(fā)電，該模塊通過(guò)用戶輸入地?zé)峋跍囟取⒘髁康然A(chǔ)參數(shù)，利用ORC系統(tǒng)熱力學(xué)模型計(jì)算出系統(tǒng)的潛在發(fā)電量和發(fā)電效率。用戶無(wú)需復(fù)雜的技術(shù)背景，只需輸入基本的地?zé)豳Y源參數(shù)，即可一鍵實(shí)現(xiàn)地?zé)岚l(fā)電潛力的快速評(píng)估。該工具適用于前期項(xiàng)目評(píng)估和資源開(kāi)發(fā)潛力的快速篩選，進(jìn)而為項(xiàng)目的可行性研究和工程設(shè)計(jì)提供支持。該模塊由于淼、田小明、孟博言、陳超凡共同開(kāi)發(fā)。

02/二氧化碳減排量計(jì)算模塊

參考了聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約（UNFCCC）下“清潔發(fā)展機(jī)制（CDM）”相關(guān)工具，國(guó)家核證自愿減排量（CCER）項(xiàng)目方法學(xué)CM-022-V01《供熱中使用地?zé)崽娲剂稀泛蛧?guó)家推薦標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11615-2010《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》中的方法學(xué)，用于計(jì)算供熱系統(tǒng)中使用地?zé)崮芴娲茉此a(chǎn)生的二氧化碳減排量，并能適用于淺層地?zé)岷椭猩顚拥責(zé)醿刹煌愋偷墓嵯到y(tǒng)。該模塊由于淼、田小明和蔡皖龍共同開(kāi)發(fā)。

03/靜態(tài)地層溫度預(yù)測(cè)模塊

由于鉆井液、泥漿等擾動(dòng)影響，通過(guò)井底溫度來(lái)獲取真實(shí)地層溫度過(guò)程中需要多次關(guān)井、多次測(cè)量才能確保其準(zhǔn)確性，然而由于井下擾動(dòng)較大，關(guān)井時(shí)間有的需要幾天、甚至幾個(gè)月才能趨近穩(wěn)定，時(shí)間、人員、設(shè)備成本較高，該模塊能夠?qū)崿F(xiàn)低成本快速地層溫度的近真實(shí)預(yù)測(cè)。該模塊由田小明和劉昌為共同開(kāi)發(fā)。

上圖中漸近線（紅色虛線）代表關(guān)井時(shí)間趨近無(wú)窮大時(shí)的井底溫度，也就是接近真實(shí)的靜態(tài)底層溫度

04/U型井換熱模塊

地?zé)嵊?jì)算器的“U型井換熱”模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)中深層U型管式取熱不取水換熱器取熱過(guò)程的動(dòng)態(tài)長(zhǎng)期模擬。該模塊采用OGS-6數(shù)值算法（雙連續(xù)介質(zhì)有限元法）作為計(jì)算內(nèi)核，可實(shí)現(xiàn)針對(duì)地埋管及其周圍三維耦合巖土的動(dòng)態(tài)傳熱計(jì)算。同時(shí)借助GMSH軟件方法實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)格自動(dòng)剖分，在不影響計(jì)算精度的情況下，極大地減少了模型所需網(wǎng)格數(shù)量。目前模型運(yùn)行時(shí)間縮減到約20分鐘/取熱運(yùn)行年，運(yùn)行效率相比傳統(tǒng)三維數(shù)值模擬提高了數(shù)十倍。該模塊由蔡皖龍，田小明，陳超凡開(kāi)發(fā)。

深層U型管進(jìn)出口溫度隨時(shí)間變化曲線圖

第3月管內(nèi)循環(huán)溫度分布圖

第16月管內(nèi)循環(huán)溫度分布圖

剖面溫度分布動(dòng)圖

05/深井換熱模塊

地?zé)嵊?jì)算器的“深井換熱”模塊，主要是對(duì)同軸管深層取熱不取水模型進(jìn)行模擬，耦合了雙連續(xù)介質(zhì)法（即換熱井和周圍巖體），實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)格剖分自動(dòng)化，極大地減少了模型的網(wǎng)格數(shù)量，讓以往模型的運(yùn)行完成時(shí)間從幾天縮減到幾個(gè)小時(shí)之內(nèi)，運(yùn)行效率提高了近十倍。該模塊由田小明，黃永輝，孔彥龍開(kāi)發(fā)。

一鍵實(shí)現(xiàn)深井換熱模擬

溫度隨深度變化曲線圖

采出井出口溫度隨時(shí)間變化曲線圖

06/井間距優(yōu)化模塊

該模塊采用了Kong et al. (2017)中所提出的算法，是以地?zé)釋?duì)井(Doublet)為模型進(jìn)行對(duì)井井距優(yōu)化模擬計(jì)算，井間距優(yōu)化模塊可以輔助地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)的決策者進(jìn)行熱田生產(chǎn)管理。該模塊由孔彥龍，田小明，黃永輝和劉昌為開(kāi)發(fā)。

一鍵實(shí)現(xiàn)井間距優(yōu)化

07/資源評(píng)價(jià)模塊

該模塊主要是對(duì)地?zé)醿?chǔ)層進(jìn)行簡(jiǎn)單的地質(zhì)建模并計(jì)算地?zé)豳Y源量，由汪勝和田小明開(kāi)發(fā)。

一鍵實(shí)現(xiàn)地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)

08/淺層地?zé)崮K

該模塊主要用于淺層地?zé)豳Y源利用的模擬，可以快速生成地層溫度分布圖、溫度與時(shí)間變化關(guān)系曲線，該模塊由田小明，陳瀧，邵亥冰和孔彥龍開(kāi)發(fā)。

一鍵實(shí)現(xiàn)淺層地?zé)崮M

溫度場(chǎng)隨時(shí)間變化分布圖

最后一年溫度隨時(shí)間變化圖

參考文獻(xiàn)

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來(lái)源：地?zé)崮茉诰€