孔彦龙等-Innovation：地热计算器——人人都能数值模拟

地热能清洁稳定、潜力巨大，它的开发利用如何做到既高效又环保，能源系统如何实现可持续生产，都离不开智能化数值模拟技术的加持。近年来，地热开发利用技术和场景更加多元化，更多的先进模拟技术得到应用。然而，基于这些新技术的数值模拟软件流程复杂、操作难度大，建模要靠高度专业化人员来开展，而许多一线工程技术人员被挡在了地热数值模拟的门槛之外，这种情况限制了数值模拟新技术在生产实践中的广泛应用。

为了改变这个不利局面，中国科学院地质与地球物理研究所地热团队联合多位国内外学者开发了“地热计算器”数值模拟软件。该软件具有以下特点：

1. 基于应用场景，将繁复的模拟流程整合起来，包括概念模型、数值模型剖分、目标优化等均交给计算机自动完成。地热模拟变得像使用“傻瓜相机”一样简单——一线工程师也能上手就用。同时，软件集成研究团队近年来自主开发的多个计算模块（孔彦龙等，2017；Kong et al., 2017; Chen et al., 2019; Pan et al., 2020; Ren et al., 2023; Tian et al., 2024; Cai et al., 2025)于软件之中，将研发的新技术，以菜单操作的便利方式呈现在用户面前，转化为现实的计算能力。

2.突破传统的思维模式，提出两种设计范式，首先是“基于场景模拟（scenario-based modeling）”范式。由每次执行单次正向模拟（forward simulation），发展为内置多种地热技术应用场景模块（井距优化、资源评价、换热量计算等），可以实现参数自动化扫描以实现连续多次模拟。例如，在优化地热对井间距时，用户只需设置储层基础物性参数、开采时间等信息，软件便会自动完成在不同井距下所有参数组合的模拟计算，并直接输出如最优井距、水位变化、温度变化等工程决策所需的计算结果。这相当于为地热数值模拟建立了一条“自动化流水线”，将工程师从重复性劳动中解放出来，极大地提升了不确定性量化分析和参数优化的效率。其次是“免手动建模（physical model-free）”的设计思路。这并不是说模拟过程中不需要地质模型，而是针对许多工程场景（如均质储层井距优化、地埋管系统设计），软件内部预置了经过验证的、标准化的地质模型模板。用户只需输入核心的工程参数（如岩石属性、初始温度、井控条件等），即可获得仿真结果。这种设计极大地简化了操作流程，使得非数值建模背景的技术人员也能快速上手，进行可靠的工程技术评估与方案优化比选。

3. 为了覆盖从产业实践到前沿科研的全链条需求，“地热计算器”针对性地开发了“基础版”与“专业版”，分别发布。其中，基础版集成了八大“开箱即用”的模块，涵盖井距优化、资源评价、浅层地热、中深层同轴地埋管换热、中深层U型井换热、静态地层温度预测、碳减排量计算、ORC地热发电等丰富的地热应用场景（图1），它面向企业工程师，追求极致的易用性与解决问题的高效性。而专业版则面向高校和科研机构，允许用户导入精细的地质模型、构建离散裂缝网络，进行高分辨率的水-热耦合模拟，以解决地质非均质性、裂缝内流体流动等复杂的科学问题。

4. 地热计算器的可靠性经过了严格验证，其模拟结果与国际公认的解析解及野外实测数据吻合度好，例如中深层同轴地埋管的模拟误差仅为2.2%，证明了其在追求“易用”的同时并未牺牲模型的精度 (Cai et al., 2025)。

图1 地热计算器原理、架构与应用示意图

研究成果发表于国内综合学术期刊The Innovation（孔彦龙*，田小明*，黄永辉，蔡皖龙，于淼，孟博言，陈超凡，刘昌为，王中鹏，龚宇烈，邵亥冰，庞忠和，汪集暘.GeothermalKits for modeling geothermal energy: A scenario-based and physical model-free simulation platform [J].The Innovation, 2026, 7(5): 101350. DOI: 10.1016/j.xinn.2026.101350.）。

• 基础版下载地址：https://xiaomingtian-1.github.io/archives/

• 专业版下载地址：https://doi.org/10.5281/zenodo.17231957

• 免费安装密钥联系人：王中鹏 博士 18871603202