地热计算器团队于今日发布了“地热计算器V4.0”，相较于V3.4，实现了以下更新：1. ORC地热发电模块：可一键自动计算ORC地热发电系统关键性能指标。

关键词 |中科院 地热计算器 

共2355字 | 建议阅读时间10分钟

作者 | 地热计算器团队

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”。

地热计算器是在华捷地热温泉院士工作站专家、中国科学院汪集暘院士指导下，由华捷地热温泉院士工作站专家、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

[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.

来源：地热能在线