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摘要 闭环地热工作组是一项合作研究，由美国能源部 (DOE) 地热技术办公室 (GTO) 资助，旨在了解从地热储层闭环系统（即边际工作流体损失）产生热能和机械能的潜力和局限性。在这项研究中，来自四个国家实验室的科学家和工程师团队以及专家小组成员正在应用数值模拟器和分析工具来模拟闭环地热系统的热回收，然后使用这些模型中的出口温度和压力与时间的关系来预测两个经济指标：1) 平准化供暖成本 (LCOH) 和 2) 平准化电力成本 (LCOE)，涵盖一系列钻井成本。研究中应用的数值模拟器和分析工具（包括用于技术和经济分析的工具）是由参与机构开发的，可独立计算能源生产和经济预测，从而提高分析的可信度。该研究旨在调查一系列系统配置、工作流体、地热储层特性、运行周期和传热增强。在研究的第一年，重点关注了水作为闭环系统中的工作流体，闭环系统要么具有 U 形配置，要么具有同轴配置。第一年的主要目标是确定热能和机械能回收的上限以及每种情况下的最佳操作和配置参数，并了解系统性能的限制因素。研究第一年的一个重要成果是，使用径向简单离散化的模型（即轴对称模型）的模拟结果优于更传统的在钻孔周围进行精细离散化的数值模拟和嵌入式钻孔建模方法。此外，轴对称模型与现有的现场观测和分析模型相比效果良好，并被证明具有数值效率。在研究的第二年，我们创建了一个包含 240 万个模拟场景的数据库，该数据库涵盖了闭环系统在生产温度和压力与时间方面的表现，涉及九个场景参数：1) 水和超临界 CO2 (scCO2) 工作流体，2) U 形和同轴配置，3) 质量流速，4) 热导率，5) 地热梯度，6) 垂直深度，7) 水平范围，8) 入口温度，9) 钻孔直径。然后，针对一系列钻井成本，针对 240 万个场景中的每一个计算 LCOH 和 LCOE。对于 LCOE，使用有机朗肯循环（用于水）或直接涡轮膨胀循环（用于 scCO2）计算发电量。该数据库以分层数据格式 (HDF5) 文件结构存储，可在地热数据存储库 (GDR) 上获取。配套论文介绍了通过 Python 脚本从数据库中提取信息的方法以及执行经济分析的方法。本文概述了闭环工作组的研究，包括第一年和第二年的主要成果以及关于一系列钻井成本下 LCOH 和 LCOE 的最佳配置的讨论。
闭环地热工作组研究
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