地球シミュレータを用いたCO2地下貯留シミュレーション
大気中CO2濃度の上昇を抑制する地球温暖化対策において，CO2地下貯留技術は最も実用的で即効性の高い技術として期待されています。CO2地下貯留の事業化にあたり，地下貯留の経済性や安全性（貯留可能量や漏洩・環境リスク）を正確に評価する技術が非常に重要になると考えられます。本研究では，CO2貯留の安全性を評価するための高精度シミュレーション技術の開発を目的とし，これまでに複数CPUを用いた並列計算コードを用いた大規模計算システムを構築してきました。今回，本システムを，我が国のベクトル型並列スーパーコンピュータである地球シミュレータ(CPU 数5120)に適用し，多相流解析コードTOUGH2-MPの改良と最適化を施しました。その結果，最適化されたTOUGH2-MPは，実測性能値（ベクトル化率93.7%，並列化効率99.93%）から，地球シミュレータの性能を生かせる計算コードとして認められました．従来の100倍の解像度（国内実績比）となる1000万節点の解析を達成し，地球シミュレータによる大規模解析は，二酸化炭素の局所的な地中挙動と広域的な周辺環境影響を総合的に検討する上で有効であることが分かりました。
| キーワード： | 二酸化炭素，ＣＣＳ，地球シミュレータ，環境影響，大規模シミュレーション，多相流 |
＊１ 技術センター 土木技術研究所 地盤・岩盤研究室
＊２ 技術センター 技術企画部 情報技術室
＊３ ローレンスバークレー国立研究所
＊４ （独）産業技術総合研究所
＊５ （独）海洋研究開発機構
Large-scale Simulation of CO2 Geologic Storage on the Earth Simulator
Geologic storage of carbon dioxide (CO2) is considered to be one of the most rapid and effective methods of reducing excessive greenhouse gas emissions. In any geologic storage project, besides technical and economic feasibility, the risk/safety of the project would be a very significant concern, especially the risk to the public. Numerical simulation is one approach to predicting the long-term potential risks of CO2 geologic storage. Previously, we have developed a computing system for the large-scale numerical simulation of multi-phase flow systems (such as water, CO2). To solve high-resolution models containing more than some million gridblocks, a massively parallelized numerical code TOUGH2-MP (Zhang et al. 2003) was introduced into the system. In this paper, we run the system on a world-class high-performance supercomputer in Japan, the Earth Simulator (ES), which is equipped with 5120 vector processors (40TFLOPS) and 10 TB of memory. TOUGH2-MP was fully optimized to achieve optimum performance when running on the ES (vector operation ratio 93.7% and parallelization ratio 99.93%). A preliminary simulation that was performed for a high-resolution model with ten million gridblocks successfully demonstrated the effectiveness of the ES in carrying out risk/safety assessments for CO2 geologic storage projects.
| Keywords: | carbon dioxide, CCS, Earth Simulator, environmental impact, large-scale simulation, multi-phase flow |
*1 Soil and Rock Research Section, Civil Engineering Research Institute, Technology Center
*2 Information Technology Section, Technology Planning Department, Technology Center
*3 E.O. Lawrence Berkeley National Laboratory, USA
*4 National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
*5 Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
