Προσομοίωση ροής και μεταφοράς θερμότητας αβαθούς γεωθερμικού πεδίου

Καμπούρογλου, Ιουλιανή; Kampouroglou, Iouliani

dc.contributor.author	Καμπούρογλου, Ιουλιανή	el
dc.contributor.author	Kampouroglou, Iouliani	en
dc.date.accessioned	2022-03-15T19:14:55Z
dc.date.available	2022-03-15T19:14:55Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/54978
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.22676
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Επιστήμη και Τεχνολογία Υδατικών Πόρων”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Αβαθής	el
dc.subject	Μοντέλο	el
dc.subject	Προσομοίωση	el
dc.subject	Ροή	el
dc.subject	Θερμότητα	el
dc.subject	Shallow	en
dc.subject	Model	en
dc.subject	Simulation	en
dc.subject	Flow	en
dc.subject	Heat	en
dc.title	Προσομοίωση ροής και μεταφοράς θερμότητας αβαθούς γεωθερμικού πεδίου	el
dc.title	Flow and heat transport simulation of shallow geothermal field	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Γεωθερμία	el
heal.classification	Geothermal	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-11-05
heal.abstract	Η αξιοποίηση της γεωθερμικής ενέργειας είναι ένα ζήτημα που απασχολεί την επιστημονική κοινότητα, καθώς στον τομέα της ενέργειας η αξιοποίησή της αριθμεί αρκετά πλεονεκτήματα. Σε αυτήν την εργασία θα ασχοληθούμε ιδιαίτερα με την προσομοίωση μοντέλων ροής και μεταφοράς θερμότητας αβαθούς γεωθερμικού συστήματος ανοιχτού κυκλώματος. Στόχος των παραπάνω είναι η διαπίστωση της επιρροής/αλληλεπίδρασης γεωτρήσεων άντλησης και επανεισαγωγής, κατά τη διάρκεια λειτουργίας γεωθερμικής αντλίας θερμότητας σε διαφορετικά σενάρια λειτουργίας. Για την προσομοίωση των φαινομένων μεταφοράς θερμότητας χρησιμοποιήθηκε ο υπολογιστικός κώδικας SEAWAT, ο οποίος προσομοίωσε το φαινόμενο βασιζόμενος πάνω σε ένα μοντέλο ροής προσομοιούμενο με το MODFLOW-2005 και επιλύει την εξίσωση μεταφοράς διαλυμένης μάζας με τη μέθοδο των πεπερασμένων διαφορών. Από την άλλη, για την προσομοίωση της ροής του υπόγειου νερού χρησιμοποιήθηκε ο υπολογιστικός κώδικας MODFLOW-CFP, που επιλύει την εξίσωση της ροής με τη μέθοδο των πεπερασμένων διαφορών. Το πεδίο έρευνας το οποίο χρησιμοποιήθηκε ως πεδίο εφαρμογής της προσομοίωσης βρίσκεται στους Θρακομακεδόνες και έχει ως γεωλογικό υπόβαθρο (τουλάχιστον ως το βάθος των 100m) προσχωματικούς και νεογενείς σχηματισμούς με μέτρια ως μικρή περατότητα συνολικά. Ο χώρος γύρω από τον οποίο εκτείνεται το πεδίο εφαρμογής διαθέτει μια γεωθερμική αντλία θερμότητας (ΓΑΘ) ανοιχτού κυκλώματος. Η ΓΑΘ για τη λειτουργία της αξιοποιεί το υπόγειο νερό του ελεύθερου υδροφόρου που βρίσκεται στο υπέδαφος και έχει μια σταθερή θερμοκρασία περίπου 17οC ενώ διαθέτει γεώτρηση παραγωγής και γεώτρηση επανεισαγωγής. Η προσομοίωση της μεταφοράς θερμότητας εμπεριείχε 16 διαφορετικά σενάρια τα οποία αφορούν σε διάφορες χρήσεις της ΓΑΘ (οικιακή ή βιομηχανική), αλλά και με βάση το χρόνο λειτουργίας της ΓΑΘ. Έγιναν 2 σενάρια με παροχή για οικιακή χρήση (3 και 5 m3/h) και 4 σενάρια με μεγαλύτερες παροχές (10, 15, 20 και 25 m3/h) για βιομηχανική χρήση, όλα σε διάστημα λειτουργίας της αντλίας 8 ωρών. Αναπτύχθηκαν επίσης 10 σενάρια σταθερής παροχής (5, 10, 15, 20 και 25 m3/h) για διαφορετικά διαστήματα συνεχούς λειτουργίας, 5 και 20 ημερών. Στα σενάρια οικιακής χρήσης, λόγω και του μικρού χρονικού διαστήματος λειτουργίας, πτώση θερμοκρασίας επήλθε μόνο σε μια μικρή ακτίνα γύρω από τη γεώτρηση επανεισαγωγής, ενώ σε όλα τα σενάρια πολυήμερης λειτουργίας, με την πάροδο του χρόνου η μείωση αυτή διευρυνόταν περισσότερο, καθώς αυξανόταν και ο χρόνος λειτουργίας. Η προσομοίωση της ροής περιέλαβε 10 διαφορετικά σενάρια τα οποία αφορούν σε διάφορες χρήσεις της ΓΑΘ (οικιακή ή βιομηχανική) και στα σενάρια με βάση το χρόνο λειτουργίας της ΓΑΘ. Στην πρώτη κατηγορία έγιναν 5 σενάρια με μικρή μεταβολή της παροχής (3-7m3/h) για οικιακή χρήση και 1 σενάριο με μία μεγαλύτερη παροχή (20m3/h) για βιομηχανική χρήση, όλα σε διάστημα λειτουργίας της αντλίας 8 ωρών. Στη δεύτερη κατηγορία αναπτύχθηκαν 4 σενάρια σταθερής παροχής (5m3/h) για διαφορετικά διαστήματα συνεχούς λειτουργίας, 5, 10 ,15 και 20 ημερών. Σε όλα τα σενάρια, λόγω και της μικρής απόστασης των οριακών συνθηκών από τα σημεία άντλησης/επανεισαγωγής, η μείωση του υδραυλικού φορτίου (μοντέλο ροής) γύρω από τη γεώτρηση άντλησης περιορίστηκε στην πτώση μερικών μέτρων.	el
heal.abstract	Exploitation of geothermal energy is an issue of concern to the scientific community, as its use in the energy sector has several advantages. In this work we will deal in particular with the simulation of a shallow open circuit geothermal system flow and heat transport. The aim of the above is to determine the influence / interaction of pumping and injection wells, during operation of a geothermal heat pump in different operating scenarios. The SEAWAT computationn code was used to simulate the heat transport phenomena, which simulated the phenomenon based on a flow model simulated by MODFLOW-2005 and solves the dissolved mass transport equation by the finite difference method. On the other hand, the MODFLOW-CFP computer code, which solves the flow equation with the finite difference method, was used to simulate the groundwater flow. The field site that was used for the simulation purposes is located in Thrakomakedones and has a hydrogeological setting (at least up to a depth of 100m) of an unconfined aquifer formation – composed of neogene deposits – with an overall low to medium permeability. The field site contains an open-circuit geothermal heat pump (GHP). For its operation, it utilizes the groundwater resources of this local aquifer system, having a constant temperature of about 17οC, while it has involved both a pumping well and an injection well. The heat transport simulation included 16 different scenarios which we categorized into different classes based on the types of use of the GHP (domestic or industrial), but also based on the time of operation of the GHP. There were 2 scenarios with pumping rate for domestic use (3 and 5 m3/h) and 4 scenarios with higher pumping rate (10, 15, 20 and 25 m3/h) for industrial use, all within 8 hours of pump operation. 10 constant flow scenarios (5, 10, 15, 20 and 25 m3/h) were also developed for different continuous operation intervals of 5 and 20 days. In the scenarios of domestic use, due to the short operating time, the temperature drop occurred only in a small radius around the injection well, while in all multi-day operation scenarios, over time this decrease widened further as we increased the operating time. The flow simulation included 10 different scenarios which we categorized into different classes based on the types of use of the GHP (domestic or industrial) and scenarios based on the time of operation of the GHP. In the first category there were 5 scenarios with a minimal change in pumping rate (3-7m3/h) for domestic use and 1 scenario with a higher pumping rate (20m3/h) for industrial use, all during an 8-hour pump operation. In the second category 4 scenarios with the same flow rate (5m3/h) were made for different continuous (5, 10, 15 and 20 days) intervals. For all scenarios, due to the short distance with the hydraulic boundary conditions, the reduction of the hydraulic head (flow model) around the production well was limited to few meters in most scenarios.	en
heal.advisorName	Καλλιώρας, Ανδρέας	el
heal.advisorName	Kallioras, Andreas	en
heal.committeeMemberName	Παπακωνσταντής, Ηλίας	el
heal.committeeMemberName	Καλλιώρας, Ανδρέας	el
heal.committeeMemberName	Τσιχριντζής, Βασίλειος	el
heal.committeeMemberName	Papakonstantis, Ilias	en
heal.committeeMemberName	Kallioras, Andreas	en
heal.committeeMemberName	Tsihrintzis, Vassilios	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.fullTextAvailability	false