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数学 > 优化与控制

arXiv:2311.01816 (math)
[提交于 2023年11月3日 ]

标题: 基于井对最优尺寸和布置的热地下水利用空间分析

标题: Spatial analysis of thermal groundwater use based on optimal sizing and placement of well doublets

Authors:Smajil Halilovic, Fabian Böttcher, Kai Zosseder, Thomas Hamacher
摘要: 本文提出了一种方法,通过确定取水-注水井双机的最佳尺寸和布置来优化地热地下水利用的技术潜力。 该方法量化了在给定区域内可提取地下水的最大技术上可实现体积,从而考虑相关法规和水力约束条件下的与含水层交换的热量。 水力约束确保了取水和注水井中地下水的可接受下降和上升,以实现可持续使用,防止内部水力突破,并保证相邻双机之间的适当间距。 表示这些约束的解析表达式被整合到一个混合整数线性优化框架中,从而能够高效地应用于相对较大的区域。 通过慕尼黑的一个实际案例研究展示了该方法的适用性,在该案例中,每个城市区块的地热潜力都被独立优化。 六个不同的优化场景,根据所需的最小安装双机容量和双机之间的间距有所不同,突显了该方法的适应性。 该方法提供了全面且优化的潜力评估,并可直接应用于其他地理区域。 这使其成为地热地下水管理和空间能源规划的有用工具,例如第四代和第五代区域供热系统的规划。
摘要: This paper proposes an approach to optimize the technical potential of thermal groundwater use by determining the optimal sizing and placement of extraction-injection well doublets. The approach quantifies the maximum technically achievable volume of extracted groundwater in a given area and, hence, the amount of heat exchanged with the aquifer, considering relevant regulatory and hydraulic constraints. The hydraulic constraints ensure acceptable drawdown and rise of groundwater in extraction and injection wells for sustainable use, respectively, prevention of internal hydraulic breakthroughs, and adequate spacing between neighboring doublets. Analytical expressions representing these constraints are integrated into a mixed-integer linear optimization framework allowing effcient application to relatively large areas. The applicability of the approach is demonstrated by a real case study in Munich, where the geothermal potential of each city block is optimized independently. Six optimization scenarios, differing in terms of required minimum installed doublet capacity and spacings between doublets, underline the adaptability of the approach. The approach provides a comprehensive and optimized potential assessment and can be readily applied to other geographic locations. This makes it a valuable tool for thermal groundwater management and spatial energy planning, such as the planning of fourth and fifth generation district heating systems.
评论: 23页,6图
主题: 优化与控制 (math.OC)
MSC 类: 90C90 (Primary) 90C30, 90C56 (Secondary)
引用方式: arXiv:2311.01816 [math.OC]
  (或者 arXiv:2311.01816v1 [math.OC] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2311.01816
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Smajil Halilovic [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2023 年 11 月 3 日 09:48:25 UTC (44,105 KB)
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