地質能源清潔利用數值模擬實例

2021-02-08 賽傑奧

關鍵詞：地質能源，數值模擬，地熱，壓縮空氣儲能，二氧化碳地質封存，TOUGH

特   點：緊密結合實際案例，闡述數值模擬技術在地質能源清潔利用方面的應用，具有較強的實用性和可操作性。

適用讀者：水文地質、可再生能源、環境保護、地質能源、水資源、計算機數值模擬等學科相關讀者。

第1章 地質能源及其利用

1.1 地質能源概念

1.2 地質能源清潔利用類型與現狀

第2章 地質能源數值模擬方法與工具

2.1 基本理論

2.2 TOUGH軟體介紹

2.3 網格生成及數據前後處理

第3章 地熱開採利用模擬應用

3.1 地熱開採歷史擬合及未來開採預測

3.2 地熱開採模擬參數敏感性分析

第4章 壓縮空氣含水層儲能

4.1 壓縮空氣含水層儲能評價方法

4.2 壓縮空氣含水層儲能可行性模擬分析

4.3 含水層地質條件影響因素分析

4.4 系統操作影響因素分析

4.5 系統改造與優化分析

4.6 機遇與挑戰

第5章 CO2地質封存

5.1 混合N2和O2注入含水層的多相多組分模擬

5.2 鄂爾多斯盆地神華CCS示範項目THM耦合模擬

5.3 毛細壓力及相對滲透率滯後效應影響分析

第6章 模擬工具說明及操作示例

6.1 TOUGH+CO2部分輸入關鍵詞格式說明

6.2 TOUGH2Biot中力學模型有限元離散

6.3 mView安裝使用案例

6.4 TOUGHMESH使用案例

化石能源的消耗帶來了經濟的繁榮，也造成了日益突出的環境問題，因而以地熱能、天然氣水合物為代表的環境友好型地質能源受到越來越多的重視。地質能源的清潔開發對於保障能源安全、控制溫室氣體排放和實現綠色經濟增長具有重要的現實意義。

●廣義的地質能源是指包含石油、煤、天然氣等常規化石能源在內的，經過地質作用形成的，可以直接或通過轉換為人類提供所需有用能的資源。

●由於可用資源量的有限性及環境問題的日益突出，清潔可再生能源越來越受到各國的重視。清潔能源是指以太陽能、風能、氫能、生物能、地熱能、水能及核能等為代表的環境友好型能源。

●地質能源清潔利用的研究包括在地熱開採利用、能源儲存、溫室氣體處置等方面。

數值模擬方法是地質能源利用過程中至關重要的分析和研究手段。在地質能源清潔利用過程中，涉及到水、氣、熱等多相流體在地下多孔-裂隙介質中的運移、化學反應、導熱等複雜過程，通過數值方法求解反映多相流的非線性偏微分方程組，實現對複雜耦合過程的精細刻畫分析，以達到模擬開發歷史、預測演化動態，調整及制定最佳開採方案等目的。


     以清水地區地熱場地為例建立精細模型，通過自然狀態模型、歷史擬合模擬和未來開採預測模型，全面分析研究區的熱流運移、CO2分布、系統的溫度計壓力等物理參數的變化情況。有助於了解未知的地下情況、分析流體的運移規律、解釋流量異常的原因，為未來開採提供方案建議，節省人力物力成本。

      將太陽能、風能等多餘電能驅動壓縮機壓縮空氣，存儲於地下含水層中，在用電高峰時釋放高壓空氣驅動渦輪機發電。「地球電池」，用於調節峰谷、解決棄風棄光現象。

     模擬分析不同地質構造、注氣速率、注氣溫度、水力壓裂等方案對初始氣囊形成、注採循環過程系統效率表現的影響。

     以鄂爾多斯盆地實際場地模型為例，開展THMC耦合模擬研究以及毛細壓力和相對滲透率滯後效應對模型結果的影響。

◆環武功山地區地熱（乾熱巖）資源調查評價（中國地質調查局地質調查項目，DD20201165）

◆地質科技創新平臺發展研究（基本科研業務費，YYWF201735）

◆典型盆地深部能源探測評價（基本科研業務費，YWF201903）


《地質能源清潔利用數值模擬實例》

郭朝斌 等編著

北京：科學出版社，2020.11

ISBN 978-7-03-066445-7

責任編輯：周 丹 曾佳佳

 

本書以地熱開採利用、壓縮空氣含水層儲能、CO₂ 地質封存為例，描述數值模擬技術在地質能源清潔利用、能源儲存、環境保護（溫室氣體減排）等方面的應用。在簡單介紹基礎理論知識、研究現狀、TOUGH 軟體的基礎上，重點詳細分析和描述實際模擬案例的建模過程與結果分析。本書可供水文地質、可再生能源、環境保護、地質能源、水資源、計算機數值模擬等學科相關的高校學生、科研工作者、企事業單位人員、工程項目人員以及其他對地質能源和數值模擬感興趣的人員參考使用。


（本文編輯：劉四旦）



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