(57)【要約】【課題】地熱流体循環システムの状態を解析する際の精度を向上させる。【解決手段】地熱流体循環システムの解析装置は、生産流体ＰＦを生産セクタ３１から気水分離部３２へ導入し、気水分離部３２で分離した熱水を還元流体として地中へ還元する地熱流体循環システム３０で、還元流体の少なくとも一部が生産セクタ３１に流入する集中定数モデルにおいて、各循環率ｆ１，ｆ２及び上昇温度Ｔｈｅａｔｕｐ（第２循環流体ＲＦ２が生産セクタ３１に流入する際の回収熱量による温度上昇分）を未知変数とし、生産セクタ３１での地熱流体の質量及びエネルギーに関する収支式を基礎方程式として設定する。地熱流体循環システムの解析装置は基礎方程式に基づき、生産流体温度ＴＰ及びＣｌ濃度［Ｃｌ］Ｐ及びＳＯ４濃度［ＳＯ４］Ｐに対し、カルマンフィルタ理論によりヒストリーマッチングを行う。【選択図】        図２
2004346762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地熱エネルギーを蓄える地熱流体が外部から流入する地中の生産セクタと、該生産セクタの前記地熱流体を生産流体として気水分離部へ導入する生産井と、前記気水分離部へ導入された前記生産流体の少なくとも一部を還元流体として地中へ還元する還元井とを備える地熱流体循環システムにおいて、前記還元流体の少なくとも一部が前記生産セクタに流入すると想定する集中定数モデルによって前記地熱流体循環システムの状態を解析する地熱流体循環システムの解析装置であって、
前記生産セクタにおける前記地熱流体の質量に関する収支式とエネルギーに関する収支式とを前記集中定数モデルの基礎方程式として設定する基礎方程式設定手段と、
前記基礎方程式を構成する複数の変数に対し、マッチング対象とされる所定変数の算出値が実測値と同等になるように未知変数の最適値を設定する逆解析手段と、
前記未知変数として、地中へ還元された前記還元流体が前記生産セクタに流入する過程での前記還元流体の温度変化あるいは該温度変化に係る状態量を設定する未知変数設定手段と
を備えることを特徴とする地熱流体循環システムの解析装置。
【請求項２】
複数の前記還元井を備える前記地熱流体循環システムに対して、各前記還元井と前記生産セクタとの間の距離に応じて、前記未知変数設定手段を作動させるか否かを判定する判定手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の地熱流体循環システムの解析装置。
【請求項３】
地熱エネルギーを蓄える地熱流体が外部から流入する地中の生産セクタと、該生産セクタの前記地熱流体を生産流体として気水分離部へ導入する生産井と、前記気水分離部へ導入された前記生産流体の少なくとも一部を還元流体として地中へ還元する還元井とを備える地熱流体循環システムにおいて、前記還元流体の少なくとも一部が前記生産セクタに流入すると想定する集中定数モデルによって前記地熱流体循環システムの状態を解析する地熱流体循環システムの解析方法であって、
前記生産セクタにおける前記地熱流体の質量に関する収支式とエネルギーに関する収支式とを前記集中定数モデルの基礎方程式として設定し、
前記基礎方程式を構成する複数の変数に対し、マッチング対象とされる所定変数の算出値が実測値に合うように未知変数の最適値を設定する際に、
前記未知変数として、地中へ還元された前記還元流体が前記生産セクタに流入する過程での前記還元流体の温度変化あるいは該温度変化に係る状態量を設定することを特徴とする地熱流体循環システムの解析方法。
【請求項４】
複数の前記還元井を備える前記地熱流体循環システムに対して、各前記還元井と前記生産セクタとの間の距離に応じて、前記還元流体の温度変化あるいは該温度変化に係る状態量を前記未知変数として設定するか否かを判定することを特徴とする請求項３に記載の地熱流体循環システムの解析方法。
【請求項５】
コンピュータを、
地熱エネルギーを蓄える地熱流体が外部から流入する地中の生産セクタと、該生産セクタの前記地熱流体を生産流体として気水分離部へ導入する生産井と、前記気水分離部へ導入された前記生産流体の少なくとも一部を還元流体として地中へ還元する還元井とを備える地熱流体循環システムにおいて、前記還元流体の少なくとも一部が前記生産セクタに流入すると想定する集中定数モデルによって前記地熱流体循環システムの状態を解析する手段として機能させるプログラムであって、
コンピュータを、
前記生産セクタにおける前記地熱流体の質量に関する収支式とエネルギーに関する収支式とを前記集中定数モデルの基礎方程式として設定する基礎方程式設定手段と、
前記基礎方程式を構成する複数の変数に対し、マッチング対象とされる所定変数の算出値が実測値に合うように未知変数の最適値を設定する逆解析手段と、
前記未知変数として、地中へ還元された前記還元流体が前記生産セクタに流入する過程での前記還元流体の温度変化あるいは該温度変化に係る状態量を設定する未知変数設定手段と
して機能させることを特徴とするプログラム。
【請求項６】
コンピュータを、
複数の前記還元井を備える前記地熱流体循環システムに対して、各前記還元井と前記生産セクタとの間の距離に応じて、前記未知変数設定手段を作動させるか否かを判定する判定手段として機能させることを特徴とする請求項５に記載のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば地熱発電等における地熱流体循環システムの解析装置および解析方法およびプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地熱発電システムでは、例えば、高温の地層あるいは岩体に対して地上から生産井が掘削され、この生産井から噴出する蒸気および熱水からなる地熱流体をセパレータで気水分離し、分離された高圧蒸気を発電用タービンへ導入して発電すると共に、分離された熱水を還元井によって地中へ戻して（還元して）再利用する地熱流体循環システムが構成されている。
この地熱流体循環システムでは、地熱流体中に含まれる相対的に低濃度の化学成分（例えば、塩素、ヨウ素、臭素等）に対してモニタリングを行うことで地熱流体の温度や化学特性や流体挙動等を把握することができる。この場合、地熱流体循環システムを、地熱流体を貯留する生産セクタと、この生産セクタに接続された生産井と、地熱流体を地中に還元するための還元井とを備えて構成し、地中へ還元される地熱流体の少なくとも一部が生産セクタに流入すると想定する集中定数モデルによってモデル化する解析方法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
Ｇｅｏｔｈｅｒｍｉｃｓ，  Ｐｒｉｎｔｅｄ  ｉｎ  Ｇｒｅａｔ  Ｂｒｉｔａｉｎ，  １９９１，  Ｖｏｌ．２０，  Ｎｏ．５／６，  ｐｐ．２９１−３１８
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来技術の一例に係る地熱流体循環システムの解析方法においては、地中へ還元された地熱流体が生産セクタに流入する過程における回収熱量、つまり還元された地熱流体が地中を移動して生産セクタに到達するまでの期間において高温の地層あるいは岩体等から受け取る熱量を定量的に解析することは考慮されていない。しかも、この従来技術に係る解析方法においては、生産セクタに流入する地熱流体の温度変化を、単に、適宜の数式によって時間の関数として記述しているだけである。
しかしながら、地熱流体が生産セクタに流入する過程における回収熱量は、例えば地中における地熱流体の移動距離や移動経路、地中における高温の地層あるいは岩体の配置等に応じて変化し、さらに、地熱流体の温度変化に伴って地熱流体の比熱等の物理量の値が変化することから、この回収熱量による地熱流体の温度変化が相対的に大きい場合には、回収熱量を解析によって定量分析することが望まれる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、地中に還元された地熱流体が生産セクタに流入する際の回収熱量を定量的に解析することで、地熱流体循環システムの状態を解析する際の精度を向上させることが可能な地熱流体循環システムの解析装置および解析方法およびプログラムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の地熱流体循環システムの解析装置は、地熱エネルギーを蓄える地熱流体が外部から流入する地中の生産セクタと、該生産セクタの前記地熱流体を生産流体として気水分離部へ導入する生産井と、前記気水分離部へ導入された前記生産流体の少なくとも一部を還元流体として地中へ還元する還元井とを備える地熱流体循環システムにおいて、前記還元流体の少なくとも一部が前記生産セクタに流入すると想定する集中定数モデルによって前記地熱流体循環システムの状態を解析する地熱流体循環システムの解析装置であって、前記生産セクタにおける前記地熱流体の質量に関する収支式とエネルギーに関する収支式とを前記集中定数モデルの基礎方程式として設定する基礎方程式設定手段（例えば、実施の形態での基礎方程式設定部１１）と、前記基礎方程式を構成する複数の変数に対し、マッチング対象とされる所定変数の算出値が実測値に合うように未知変数の最適値を設定する逆解析手段（例えば、実施の形態での線形化処理部１２およびカルマンフィルタ１３）と、前記未知変数として、地中へ還元された前記還元流体が前記生産セクタに流入する過程での前記還元流体の温度変化あるいは該温度変化に係る状態量を設定する未知変数設定手段（例えば、実施の形態での数式（４））とを備えることを特徴としている。
【０００６】
上記構成の地熱流体循環システムの解析装置によれば、地熱流体循環システムに対する集中定数モデルの基礎方程式を設定する際に、地中へ還元された還元流体が生産セクタに流入する過程での還元流体の温度変化あるいは温度変化に係る状態量を未知変数とすることで、生産セクタに流入する還元流体の回収熱量を定量的に解析することができる。
これにより、地熱流体循環システムの状態を解析により精度良く把握することができ、地熱流体を効率的に利用することができる。
【０００７】
さらに、請求項２に記載の本発明の地熱流体循環システムの解析装置は、複数の前記還元井を備える前記地熱流体循環システムに対して、各前記還元井と前記生産セクタとの間の距離に応じて、前記未知変数設定手段を作動させるか否かを判定する判定手段（例えば、実施の形態での基礎方程式設定部１１が兼ねる）を備えることを特徴としている。
【０００８】
上記構成の地熱流体循環システムの解析装置によれば、地熱流体循環システムが複数の還元井を備えて構成される場合に、例えば、還元井と生産セクタとの間の距離が相対的に短い場合には、回収熱量が相対的に小さいと判断して、基礎方程式において還元流体の温度変化あるいは該温度変化に係る状態量の変数を省略する。一方、還元井と生産セクタとの間の距離が相対的に長い場合には、回収熱量が相対的に大きいと判断して、還元流体の温度変化あるいは該温度変化に係る状態量の変数を未知変数として設定する。
これにより、地熱流体循環システムの解析処理が過剰に煩雑化することを抑制しつつ、精度のよい解析を適切に行うことができる。
【０００９】
また、請求項３に記載の本発明の地熱流体循環システムの解析方法は、地熱エネルギーを蓄える地熱流体が外部から流入する地中の生産セクタと、該生産セクタの前記地熱流体を生産流体として気水分離部へ導入する生産井と、前記気水分離部へ導入された前記生産流体の少なくとも一部を還元流体として地中へ還元する還元井とを備える地熱流体循環システムにおいて、前記還元流体の少なくとも一部が前記生産セクタに流入すると想定する集中定数モデルによって前記地熱流体循環システムの状態を解析する地熱流体循環システムの解析方法であって、前記生産セクタにおける前記地熱流体の質量に関する収支式とエネルギーに関する収支式とを前記集中定数モデルの基礎方程式として設定し、前記基礎方程式を構成する複数の変数に対し、マッチング対象とされる所定変数の算出値が実測値に合うように未知変数の最適値を設定する際に、前記未知変数として、地中へ還元された前記還元流体が前記生産セクタに流入する過程での前記還元流体の温度変化あるいは該温度変化に係る状態量を設定することを特徴としている。
【００１０】
上記の地熱流体循環システムの解析方法によれば、地熱流体循環システムに対する集中定数モデルの基礎方程式を設定する際に、地中へ還元された還元流体が生産セクタに流入する過程での還元流体の温度変化あるいは温度変化に係る状態量を未知変数とすることで、生産セクタに流入する還元流体の回収熱量を定量的に解析することができる。
これにより、地熱流体循環システムの状態を解析により精度良く把握することができ、地熱流体を効率的に利用することができる。
【００１１】
さらに、請求項４に記載の本発明の地熱流体循環システムの解析方法は、複数の前記還元井を備える前記地熱流体循環システムに対して、各前記還元井と前記生産セクタとの間の距離に応じて、前記還元流体の温度変化あるいは該温度変化に係る状態量を前記未知変数として設定するか否かを判定することを特徴としている。
【００１２】
上記の地熱流体循環システムの解析方法によれば、地熱流体循環システムが複数の還元井を備えて構成される場合に、例えば、還元井と生産セクタとの間の距離が相対的に短い場合には、回収熱量が相対的に小さいと判断して、基礎方程式において還元流体の温度変化あるいは該温度変化に係る状態量の変数を省略する。一方、還元井と生産セクタとの間の距離が相対的に長い場合には、回収熱量が相対的に大きいと判断して、還元流体の温度変化あるいは該温度変化に係る状態量の変数を未知変数として設定する。
これにより、地熱流体循環システムの解析処理が過剰に煩雑化することを抑制しつつ、精度のよい解析を適切に行うことができる。
【００１３】
また、請求項５に記載の本発明のプログラムは、コンピュータを、地熱エネルギーを蓄える地熱流体が外部から流入する地中の生産セクタと、該生産セクタの前記地熱流体を生産流体として気水分離部へ導入する生産井と、前記気水分離部へ導入された前記生産流体の少なくとも一部を還元流体として地中へ還元する還元井とを備える地熱流体循環システムにおいて、前記還元流体の少なくとも一部が前記生産セクタに流入すると想定する集中定数モデルによって前記地熱流体循環システムの状態を解析する手段として機能させるプログラムであって、コンピュータを、前記生産セクタにおける前記地熱流体の質量に関する収支式とエネルギーに関する収支式とを前記集中定数モデルの基礎方程式として設定する基礎方程式設定手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０１）と、前記基礎方程式を構成する複数の変数に対し、マッチング対象とされる所定変数の算出値が実測値に合うように未知変数の最適値を設定する逆解析手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０２およびステップＳ０３）と、前記未知変数として、地中へ還元された前記還元流体が前記生産セクタに流入する過程での前記還元流体の温度変化あるいは該温度変化に係る状態量を設定する未知変数設定手段（例えば、実施の形態での数式（４））として機能させることを特徴としている。
【００１４】
上記のプログラムによれば、地熱流体循環システムに対する集中定数モデルの基礎方程式を設定する際に、地中へ還元された還元流体が生産セクタに流入する過程での還元流体の温度変化あるいは温度変化に係る状態量を未知変数とすることで、生産セクタに流入する還元流体の回収熱量を定量的に解析することができる。
これにより、地熱流体循環システムの状態を解析により精度良く把握することができ、地熱流体を効率的に利用することができる。
【００１５】
さらに、請求項６に記載の本発明のプログラムは、コンピュータを、複数の前記還元井を備える前記地熱流体循環システムに対して、各前記還元井と前記生産セクタとの間の距離に応じて、前記未知変数設定手段を作動させるか否かを判定する判定手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０１が兼ねる）として機能させることを特徴としている。
【００１６】
上記のプログラムによれば、地熱流体循環システムが複数の還元井を備えて構成される場合に、例えば、還元井と生産セクタとの間の距離が相対的に短い場合には、回収熱量が相対的に小さいと判断して、基礎方程式において還元流体の温度変化あるいは該温度変化に係る状態量の変数を省略する。一方、還元井と生産セクタとの間の距離が相対的に長い場合には、回収熱量が相対的に大きいと判断して、還元流体の温度変化あるいは該温度変化に係る状態量の変数を未知変数として設定する。
これにより、地熱流体循環システムの解析処理が過剰に煩雑化することを抑制しつつ、精度のよい解析を適切に行うことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の地熱流体循環システムの解析装置および解析方法およびプログラムの一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態に係る地熱流体循環システムの解析装置１０は、例えば高温の地層あるいは岩体等から熱エネルギー（地熱エネルギー）を抽出する際に利用される蒸気および熱水からなる地熱流体の温度や化学特性や流体挙動等を集中定数モデルによって解析するものであって、例えば図１に示すように、基礎方程式設定部１１と、線形化処理部１２と、カルマンフィルタ１３と、マッチング対象実測値入力部１４と、未知変数算出値出力部１５とを備えて構成されている。
【００１８】
基礎方程式設定部１１は、集中定数モデル（Ｌｕｍｐｅｄ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒ  Ｍｏｄｅｌ）の基礎方程式を設定しており、例えば、Ｃｌ−濃度変化量設定部２１と、ＳＯ４２−濃度変化量設定部２２と、流体温度変化量設定部２３とを備えて構成されている。ここで、集中定数モデルは、例えば図２に示す地熱流体循環システム３０を想定しており、この地熱流体循環システム３０は、例えば地熱エネルギーを蓄える地熱流体が外部から流入する地中の生産セクタ３１と、生産セクタ３１の地熱流体を生産流体ＰＦとして気水分離部３２へ導入する生産井３１Ａと、気水分離部３２にて分離された熱水を還元流体として地中へ還元する第１還元井３２Ａと、気水分離部３２にて分離された熱水を熱交換部３３を介して還元流体として地中へ還元する第２還元井３３Ａとを備えて構成されている。
そして、この集中定数モデルでは、地中へ還元される還元流体の少なくとも一部が生産セクタ３１に流入するように設定されている。
【００１９】
そして、この地熱流体循環システム３０においては、地熱流体に含まれる化学成分（例えば、Ｃｌ−やＳＯ４２−等）の濃度を検出することによって、地熱流体の挙動を把握するように設定されている。
なお、地熱流体中の所定の化学成分量は、例えば電気滴定法や電極法や吸光光度法やＩＣＰ（誘導結合プラズマ）法や原子吸光法や蛍光分光法や蛍光Ｘ線法やイオンクロマト法等の各種の分析法により測定される。
【００２０】
例えば図２に示す地熱流体循環システム３０においては、生産セクタ３１内に貯留されている地熱流体の温度を生産セクタ３１内の温度Ｔｐと同等とし、この地熱流体に含まれる所定の化学成分（例えば、Ｃｌ−およびＳＯ４２−）の各濃度をＣｌ濃度［Ｃｌ］ＰおよびＳＯ４濃度［ＳＯ４］Ｐとすれば、生産セクタ３１から生産井３１Ａを介して気水分離部３２へ導入される生産流体ＰＦは、生産流体温度ＴＰかつＣｌ濃度［Ｃｌ］ＰおよびＳＯ４濃度［ＳＯ４］Ｐとなり、流量は生産流体流量ＰＲとされている。
【００２１】
気水分離部３２に導入された生産流体ＰＦのうち熱水として分離される割合を熱水分離率ｙとし、生産流体ＰＦ中の所定の化学成分は熱水中にのみ分配され、蒸気中には分配されないとすれば、気水分離部３２から第１還元井３２Ａを介して地中へ還元される熱水である第１還元流体Ｒ１は、
第１還元流体温度ＴＲＩ１（例えば、ＴＲＩ１＝９０＋２７３．１５Ｋ等）にて、
第１還元流体流量ＲＩ１＝ｙ×ＰＲ、
Ｃｌ濃度［Ｃｌ］ＲＩ１＝（１／ｙ）×［Ｃｌ］Ｐ、
ＳＯ４濃度［ＳＯ４］ＲＩ１＝［ＳＯ４］Ｐ
となる。
なお、気水分離部３２にて分離された蒸気は発電用の蒸気タービン（図示略）等に導入される。
また、熱交換部３３は、導入された熱水と熱交換を行い、熱水の温度を適宜に低下させると共に、熱水に添加物（例えば、硫酸等）を添加するとすれば、この添加によって増大する所定の化学成分（例えば、ＳＯ４２−）の濃度をＳＯ４濃度［ＳＯ４］ＡＤＤとして、気水分離部３２から熱交換部３３および第２還元井３３Ａを介して地中へ還元される熱水である第２還元流体Ｒ２は、
第２還元流体温度ＴＲＩ２（例えば、ＴＲＩ２＝７０＋２７３．１５Ｋ等）にて、
第２還元流体流量ＲＩ２＝ｙ×ＰＲ、
Ｃｌ濃度［Ｃｌ］ＲＩ２＝（１／ｙ）×［Ｃｌ］Ｐ、
ＳＯ４濃度［ＳＯ４］ＲＩ２＝［ＳＯ４］Ｐ＋［ＳＯ４］ＡＤＤ
となる。
【００２２】
地中に還元された第１還元流体Ｒ１のうち生産セクタ３１に流入する第１循環流体ＲＦ１の割合を第１循環率ｆ１とし、第１循環流体ＲＦ１が生産セクタ３１に流入する過程における温度変化、例えば地熱エネルギーの吸収による温度上昇等が無視できるとすれば、所定の化学成分の濃度変化は不変であるとして、第１循環流体ＲＦ１は、
第１循環流体温度ＴＲＥＴ１＝ＴＲＩ１、
第１循環流体流量ＲＩＲＥＴ１＝ｆ１×ＲＩ１、
Ｃｌ濃度［Ｃｌ］ＲＥＴ１＝［Ｃｌ］ＲＩ１、
ＳＯ４濃度［ＳＯ４］ＲＥＴ１＝［ＳＯ４］ＲＩ１
となる。
また、地中に還元された第２還元流体Ｒ２のうち生産セクタ３１に流入する第２循環流体ＲＦ２の割合を第２循環率ｆ２とし、第２循環流体ＲＦ２が生産セクタ３１に流入する過程における温度変化、例えば地熱エネルギーの吸収による温度上昇分が上昇温度Ｔｈｅａｔｕｐであるとすれば、所定の化学成分の濃度変化は不変であるとして、第２循環流体ＲＦ２は、
第２循環流体温度ＴＲＥＴ２＝ＴＲＩ２＋Ｔｈｅａｔｕｐ、
第２循環流体流量ＲＩＲＥＴ２＝ｆ２×ＲＩ２、
Ｃｌ濃度［Ｃｌ］ＲＥＴ２＝［Ｃｌ］ＲＩ２、
ＳＯ４濃度［ＳＯ４］ＲＥＴ２＝［ＳＯ４］ＲＩ２
となる。
なお、図２において、第１還元流体Ｒ１のうち生産セクタ３１に流入しない流体を流量Ｌ１とし、第２還元流体Ｒ２のうち生産セクタ３１に流入しない流体を流量Ｌ２とした。
【００２３】
生産セクタ３１には、各循環流体ＲＦ１，ＲＦ２に加えて、外部から新たに流入流体ＲＥＣが流入しているとすれば、流入流体温度ＴＲＥＣかつＣｌ濃度［Ｃｌ］ＲＥＣおよびＳＯ４濃度［ＳＯ４］ＲＥＣにおいて、生産セクタ３１での地熱流体の流量に関する収支式から、
流入流体流量ＰＲＥＣ＝（ＰＲ−ｆ１×ＲＩ１−ｆ２×ＲＩ２）
となる。
【００２４】
基礎方程式設定部１１は、地熱流体循環システム３０において、第１循環率ｆ１および第２循環率ｆ２および上昇温度Ｔｈｅａｔｕｐを未知変数として、生産セクタ３１における地熱流体の質量に関する収支式とエネルギーに関する収支式とを設定する。
すなわち、Ｃｌ−濃度変化量設定部２１は、例えば下記数式（１）に示すように、地熱流体の質量に関する収支式として、単位時間あたりのＣｌ−の濃度変化量（ｄ［Ｃｌ］Ｐ／ｄｔ）の方程式を設定する。
さらに、ＳＯ４２−濃度変化量設定部２２は、例えば下記数式（２）に示すように、地熱流体の質量に関する収支式として、単位時間あたりのＳＯ４２−の濃度変化量（ｄ［ＳＯ４］Ｐ／ｄｔ）の方程式を設定する。
また、流体温度変化量設定部２３は、生産セクタ３１内の地熱流体に対する熱交換は地熱流体と接する岩体表面のみで起こると仮定し、この生産セクタ３１内の熱交換に寄与する岩体の質量Ｍｒと、岩体の比熱Ｃｒと、生産セクタ３１内の地熱流体の質量Ｍｐと、生産セクタ３１内の地熱流体の比熱Ｃｐと、各循環流体Ｒ１，Ｒ２の各比熱ＣＲＩ１，ＣＲＩ２と、流入流体の比熱ＣＲＥＣとに対して、
（熱交換に寄与する岩体のエネルギー変化）＋（生産セクタ３１内の地熱流体のエネルギー変化）
＝（生産セクタ３１内に流入する各流体のエネルギー）−（生産流体ＰＲのエネルギー）
とし、例えば下記数式（３）に示すように、地熱流体のエネルギーに関する収支式を設定する。
なお、上記数式（３）において、各循環流体温度ＴＲＥＴ１，ＴＲＥＴ２は下記数式（４）に示すように設定される。
【００２５】
【数１】
2004346762.tif 000003
【００２６】
【数２】
2004346762.tif 000004
【００２７】
【数３】
2004346762.tif 000005
【００２８】
【数４】
2004346762.tif 000006
【００２９】
上記数式（１）〜（４）において、生産流体流量ＰＲは適宜の流量センサ（図示略）によって検出され、さらに、気水分離部３２にて分離された蒸気および熱水の各流量が適宜の流量センサ（図示略）によって検出されることで、気水分離部３２での熱水分離率ｙが算出される。
また、生産流体温度ＴＰおよび各還元流体温度ＴＲＩ１，ＴＲＩ２は適宜の温度センサ（図示略）によって検出され、Ｃｌ濃度［Ｃｌ］ＰおよびＳＯ４濃度［ＳＯ４］Ｐは、例えば電気滴定法や電極法や吸光光度法やＩＣＰ（誘導結合プラズマ）法や原子吸光法や蛍光分光法や蛍光Ｘ線法やイオンクロマト法等の各種の分析法により測定される。
【００３０】
そして、地熱流体循環システムの解析装置１０は、第１循環率ｆ１および第２循環率ｆ２および上昇温度Ｔｈｅａｔｕｐを未知変数として、上記数式（１）〜（４）に基づき、マッチング対象とされる生産流体温度ＴＰおよびＣｌ濃度［Ｃｌ］ＰおよびＳＯ４濃度［ＳＯ４］Ｐに対して、例えばカルマンフィルタ理論によりヒストリーマッチングを行い、未知変数を算出するように構成されている。
【００３１】
ここで、カルマンフィルタ理論は対象とするシステムの状態推定を行うフィルタリング理論であって、状態量を表すベクトルＸ（状態量ベクトルＸ）および観測値を表すベクトルＹよる差分方程式、つまり下記数式（５）に示す離散系のシステム方程式と、下記数式（６）に示す離散系の観測方程式とによって定義される。
なお、ｋは時系列上におけるｋ（任意の自然数）番目の時刻を示し、Ｖはシステム雑音を表すベクトルであり、Ｗは観測雑音を表すベクトルであり、Ｆは状態遷移行列であり、Ｈは観測行列である。
【００３２】
【数５】
2004346762.tif 000007
【００３３】
【数６】
2004346762.tif 000008
【００３４】
ここで、時系列においてシステムパラメータは不変、つまり各雑音Ｖ，Ｗおよび各行列Ｆ，Ｈは不変であるとすれば、離散系のシステム方程式は下記数式（７）に示すように表され、離散系の観測方程式は下記数式（８）に示すように表される。
そして、下記数式（７），（８）に基づき、周知の技術により未知変数が推定される。
【００３５】
【数７】
2004346762.tif 000009
【００３６】
【数８】
2004346762.tif 000010
【００３７】
ここで、上記数式（７），（８）は、時系列上において状態量に関する線形なベクトル方程式であるから、例えば対象とするシステムを適宜にモデル化して得られる基礎方程式が、下記数式（９）に示すように、状態量ベクトルＸに関して非線形な関数ｇ（Ｘ）によって、時間ｔを独立変数とする非線形な微分方程式で記述される場合には、線形化の処理が必要となる。
【００３８】
【数９】
2004346762.tif 000011
【００３９】
例えば、上記数式（９）に対し、適宜の時間幅Δｔの前進差分法により離散化処理を行うと、下記数式（１０）に示すような時系列方程式を得ることができる。
【００４０】
【数１０】
2004346762.tif 000012
【００４１】
上記数式（１０）において、線形化処理を行うと、状態量ベクトルＸの推定値Ｘｋ｜ｋによって下記数式（１１）に示すような方程式を得ることができ、この数式（１１）によりカルマンフィルタ理論の処理を行うことができる。
なお、例えば推定値Ｘｋ＋１｜ｋは、時刻ｋでの状態量ベクトルＸが既知であるときの、時刻ｋ＋１に対する状態量ベクトルＸの期待値を示す。
【００４２】
【数１１】
2004346762.tif 000013
【００４３】
このため、線形化処理部１２は、基礎方程式設定部１１にて設定された上記数式（１）〜（４）の各基礎方程式に対して線形化の処理を行う。
ここで、状態量ベクトルＸは、例えば下記数式（１２）に示すように記述される。
【００４４】
【数１２】
2004346762.tif 000014
【００４５】
そして、上記数式（９）における状態量ベクトルＸに関して非線形な関数ｇ（Ｘ）は、例えば下記数式（１３）に示すように記述される。
【００４６】
【数１３】
2004346762.tif 000015
【００４７】
また、上記数式（１１）におけるＪａｃｏｂｉａｎ行列Ｊは、例えば下記数式（１４）に示すように記述され、さらに、Ｊ（Ｘｋ｜ｋ）は、下記数式（１５）に示すように記述される。
【００４８】
【数１４】
2004346762.tif 000016
【００４９】
【数１５】
2004346762.tif 000017
【００５０】
なお、マッチング対象は生産流体温度ＴＰおよびＣｌ濃度［Ｃｌ］ＰおよびＳＯ４濃度［ＳＯ４］Ｐであるから、上記数式（８）に示す観測行列Ｈは、例えば下記数式（１６）に示すように記述される。
【００５１】
【数１６】
2004346762.tif 000018
【００５２】
カルマンフィルタ１３は、線形化処理部１２での線形化の処理によって得られた線形なベクトル方程式に基づき、マッチング対象とされる生産流体温度ＴＰおよびＣｌ濃度［Ｃｌ］ＰおよびＳＯ４濃度［ＳＯ４］Ｐに対してヒストリーマッチングを行い、未知変数を算出する。このため、カルマンフィルタ１３には、マッチング対象とされる生産流体温度ＴＰおよびＣｌ濃度［Ｃｌ］ＰおよびＳＯ４濃度［ＳＯ４］Ｐの各実測値がマッチング対象実測値入力部１４から入力されている。
そして、カルマンフィルタ１３は、ヒストリーマッチングの処理の終了時における各未知変数の算出値、つまり第１循環率ｆ１および第２循環率ｆ２および上昇温度Ｔｈｅａｔｕｐの各算出値を未知変数算出値出力部１５へ出力する。
【００５３】
本実施の形態に係る地熱流体循環システムの解析装置１０は上記構成を備えており、以下に、この地熱流体循環システムの解析装置１０の動作について説明する。
先ず、図３に示すステップＳ０１においては、生産流体ＰＦを生産セクタ３１から気水分離部３２へ導入すると共に、気水分離部３２にて分離された熱水を還元流体として地中へ還元する地熱流体循環システム３０において、還元流体の少なくとも一部が生産セクタ３１に流入すると想定する集中定数モデルにおいて、第１循環率ｆ１および第２循環率ｆ２および上昇温度Ｔｈｅａｔｕｐを未知変数とし、例えば上記数式（１）〜（４）に示すように、生産セクタ３１における地熱流体の質量に関する収支式とエネルギーに関する収支式とを基礎方程式として設定する。
【００５４】
次に、ステップＳ０２においては、非線形な常微分方程式である基礎方程式を線形化し、例えば上記数式（１１）〜（１５）に示すように、線形なベクトル方程式を設定する。
そして、ステップＳ０３においては、線形なベクトル方程式に基づき、マッチング対象とされる生産流体温度ＴＰおよびＣｌ濃度［Ｃｌ］ＰおよびＳＯ４濃度［ＳＯ４］Ｐの各実測値によってヒストリーマッチングを行う。
そして、ステップＳ０４においては、ヒストリーマッチング終了時に未知変数である第１循環率ｆ１および第２循環率ｆ２および上昇温度Ｔｈｅａｔｕｐを出力し、一連の処理を終了する。
【００５５】
以上説明したように、本実施の形態に係る地熱流体循環システムの解析装置１０および地熱流体循環システムの解析方法によれば、地中に還元された第２循環流体ＲＦ２が生産セクタ３１に流入する過程での温度変化、例えば地熱エネルギーの吸収による温度上昇分を上昇温度Ｔｈｅａｔｕｐとして、集中定数モデルの基礎方程式を設定することにより、例えば温度変化を考慮しない場合に比べて、より精度良く、地熱流体循環システム３０の状態を把握することができる。
【００５６】
なお、上述した本実施の形態においては、第２循環流体ＲＦ２に対して生産セクタ３１に流入する過程での温度変化分を考慮したが、これに限定されず、第１循環流体ＲＦ１にも温度変化分を考慮してもよい。
また、例えば各還元井３２Ａ，３３Ａと生産セクタ３１との間の距離に応じて、温度変化分を考慮するか否かを判定してもよく、例えば各還元井３２Ａ，３３Ａと生産セクタ３１との間の距離が相対的に長いときには、地熱エネルギーによる温度上昇が増大すると判断して、各循環流体ＲＦ１，ＲＦ２に対して温度変化分を考慮してもよい。
【００５７】
なお、上述した本実施の形態においては、時系列上での今回の処理における未知変数の算出値に対して、前回の処理における未知変数の算出値が利用されるヒストリーマッチングをカルマンフィルタ理論に基づいて実行したが、これに限定されず、他の逆解析、例えば非線形最小二乗法等によって未知変数を算出してもよい。
【００５８】
また、上述した本実施の形態においては、地熱流体に含まれる化学成分として、Ｃｌ−およびＳＯ４２−を設定したが、これに限定されず、他の化学成分、例えばＩ濃度やＢｒ濃度、水の同位体比、例えば重水素を含む水の比率δＤや、例えば酸素の同位体１８Ｏを含む水の比率δ１８Ｏ等であってもよい。
【００５９】
なお、上述した本実施の形態においては、生産流体温度ＴＰを温度センサにより検出するとしたが、これに限定されず、例えば気水分離部３２にて分離された蒸気および熱水の各流量および圧力の検出値に基づき生産流体温度ＴＰを算出してもよい。
【００６０】
なお、本発明の実施形態に係る地熱流体循環システムの解析方法を実現する地熱流体循環システムの解析装置１０は、専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、また、メモリおよびＣＰＵを備えて構成され、地熱流体循環システムの解析装置１０の機能を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することによりその機能を実現するものであってもよい。
【００６１】
また、上述した本発明の実施形態に係る地熱流体循環システムの解析方法を実現するためのプログラムをコンピュータ読みとり可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより地熱流体循環システムの解析を行ってもよい。なお、ここで言うコンピュータシステムとはＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。
【００６２】
また、コンピュータ読みとり可能な記録媒体とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことを言う。さらに、コンピュータ読みとり可能な記録媒体とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記憶されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
【００６３】
以下に、上述した本実施の形態による地熱流体循環システムの解析装置１０を使用して、第１循環率ｆ１および第２循環率ｆ２および上昇温度Ｔｈｅａｔｕｐを未知変数とし、マッチング対象とされる生産流体温度ＴＰおよびＣｌ濃度［Ｃｌ］ＰおよびＳＯ４濃度［ＳＯ４］Ｐに対してカルマンフィルタ理論によりヒストリーマッチングを行った実施例について説明する。
以下に示す実施例においては、集中定数モデルの基礎方程式を上記数式（１）〜（４）に示すように記述し、第２循環流体ＲＦ２が生産セクタ３１に流入する過程における温度変化を地熱エネルギーの吸収による温度上昇分とし、上昇温度Ｔｈｅａｔｕｐを設定した。
なお、比較例においては、上昇温度Ｔｈｅａｔｕｐを省略し、第２循環流体ＲＦ２が生産セクタ３１に流入する過程における温度変化をゼロとした。すなわち、上記数式（３）において、各循環流体温度ＴＲＥＴ１，ＴＲＥＴ２を下記数式（１７）に示すように設定し、集中定数モデルの基礎方程式を上記数式（１）〜（３）および数式（１７）に示すように記述した。
【００６４】
【数１７】
2004346762.tif 000019
【００６５】
実施例および比較例において、マッチング対象とされる生産流体温度ＴＰおよびＣｌ濃度［Ｃｌ］ＰおよびＳＯ４濃度［ＳＯ４］Ｐに対するマッチング結果を、図４（ａ），（ｂ）〜図６（ａ），（ｂ）に示した。
図４（ａ），（ｂ）〜図６（ａ），（ｂ）に示すグラフ図から、生産セクタ３１に流入する還元流体に対して温度変化を考慮した実施例では、温度変化を考慮しない比較例に比べて、生産流体温度ＴＰおよびＣｌ濃度［Ｃｌ］ＰおよびＳＯ４濃度［ＳＯ４］Ｐに対するマッチング結果が良好であることがわかる。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の本発明の地熱流体循環システムの解析装置によれば、地熱流体循環システムの状態を解析により精度良く把握することができ、地熱流体を効率的に利用することができる。
さらに、請求項２記載の本発明の地熱流体循環システムの解析装置によれば、地熱流体循環システムの解析処理が過剰に煩雑化することを抑制しつつ、精度のよい解析を適切に行うことができる。
【００６７】
また、請求項３記載の本発明の地熱流体循環システムの解析方法によれば、地熱流体循環システムの状態を解析により精度良く把握することができ、地熱流体を効率的に利用することができる。
さらに、請求項４記載の本発明の地熱流体循環システムの解析方法によれば、地熱流体循環システムの解析処理が過剰に煩雑化することを抑制しつつ、精度のよい解析を適切に行うことができる。
【００６８】
また、請求項５記載の本発明のプログラムによれば、地熱流体循環システムの状態を解析により精度良く把握することができ、地熱流体を効率的に利用することができる。
さらに、請求項６記載の本発明のプログラムによれば、地熱流体循環システムの解析処理が過剰に煩雑化することを抑制しつつ、精度のよい解析を適切に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る地熱流体循環システムの解析装置の構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る地熱流体循環システムの構成を示す模式図である。
【図３】図１に示す地熱流体循環システムの解析装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】図４（ａ）は実施例における生産流体温度ＴＰのマッチング結果の一例を示すグラフ図であり、図４（ｂ）は比較例における生産流体温度ＴＰのマッチング結果の一例を示すグラフ図である。
【図５】図５（ａ）は実施例におけるＣｌ濃度［Ｃｌ］Ｐのマッチング結果の一例を示すグラフ図であり、図５（ｂ）は比較例におけるＣｌ濃度［Ｃｌ］Ｐのマッチング結果の一例を示すグラフ図である。
【図６】図６（ａ）は実施例におけるＳＯ４濃度［ＳＯ４］Ｐのマッチング結果の一例を示すグラフ図であり、図６（ｂ）は比較例におけるＳＯ４濃度［ＳＯ４］Ｐのマッチング結果の一例を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１０  地熱流体循環システムの解析装置
１１  基礎方程式設定部（基礎方程式設定手段）
１２  線形化処理部（逆解析手段）
１３  カルマンフィルタ（逆解析手段）
ステップＳ０１  基礎方程式設定手段、判定手段
ステップＳ０２およびステップＳ０３  逆解析手段
【図１】
2004346762.tif 000020
【図２】
2004346762.tif 000021
【図３】
2004346762.tif 000022
【図４】
2004346762.tif 000023
【図５】
2004346762.tif 000024
【図６】
2004346762.tif 000025