Patobulintoje geoterminėje sistemoje mažai anglies dioksido į aplinką išskiriančios energijos gavybai naudojamos naftos ir dujų technologijos. 1 dalis.

JAV Energetikos departamentas (DOE) finansavo projektą FORGE, kurio metu bus gręžiama ir skaldoma karšta granitinė uoliena naudojant geriausią naftos ir dujų technologiją. Bendras tikslas yra išsiaiškinti, ar vanduo, pumpuojamas į vieną šulinį, gali būti cirkuliuojamas per granitą ir šildomas prieš pumpuojant antrą gręžinį, kad būtų galima varyti turbinas, gaminančias elektrą.

Johnas McLennanas, Jutos universiteto Chemijos inžinerijos katedra, yra šio DOE projekto pagrindinis tyrėjas. 6 m. balandžio 2022 d. internetinio seminaro pristatymą šia tema rėmė NSI: Frontier geoterminės energijos tyrimų observatorija (FORGE): atnaujinimas ir žvilgsnis į priekį

Toliau pateikiami Johnui McLennanui pateikti klausimai ir jo atsakymai.

+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

Q1. Ar galite pateikti trumpą geoterminės energijos istoriją?

Nuo ankstyvo darbo Larderello Italijoje, XX a. pradžioje, geoterminė energija (elektros gamybai ir tiesioginiam naudojimui) išsiplėtė iki įrengtos 15.6 GWe elektros gamybos galia (Gigavatų elektros energijos) 2021 m. Panaudojimas yra pasaulinis – daugiau nei 25 pasaulio šalyse. Tačiau paskirstymas vis dar yra nedidelė pasaulio energijos portfelio dalis. Žvelgiant į šį pasaulinį pasiskirstymą, paprastai geoterminė energija yra apribota beveik paviršiaus padidėjusios temperatūros išraiška, kaip tai atsitiktų šalia plokščių ribų, ugnikalnių ir kt.

Didžiausius geoterminės elektros gamybos pajėgumus turi Jungtinės Valstijos, toliau rikiuojasi Indonezija, Filipinai, Turkija, Naujoji Zelandija, Meksika, Italija, Kenija, Islandija, Japonija. Iš šių operacijų Jungtinėse Valstijose geoterminę energiją gaminantys gręžiniai gali vidutiniškai 4–6 MWe. Paprastai, esant 392 °F (200 °C) ir tekėjimo greičiui 9 dūžiais per minutę (378 gpm), maždaug 1 MWe gali generuoti, galbūt aptarnauti 759–1000 namų Jungtinėse Valstijose.

Geoterminės elektrinės yra įvairaus dydžio – nuo ​​kelių gręžinių (kai kurie išgauna iki 50 MWe) iki daugelio gręžinių. „Geizeriai, …, yra didžiausias geoterminių jėgainių kompleksas pasaulyje. „Calpine“, didžiausia geoterminės energijos gamintoja JAV, valdo ir eksploatuoja 13 „The Geysers“ elektrinių, kurių grynasis generavimo pajėgumas yra apie 725 megavatai – pakankamai energijos 725,000 XNUMX namų arba San Francisko dydžio miestui.

Q2. Kas yra patobulintos geoterminės sistemos ir kur taikomas skaldymas?

Maždaug prieš penkiasdešimt metų Los Alamos mokslinės laboratorijos (dabar LANL) mokslininkai ir inžinieriai numatė patobulintų geoterminių sistemų (EGS) koncepciją. Tada ši koncepcija buvo žinoma kaip karšta sausa uola (HDR). Viena iš metodų – išgręžti įpurškimo ir gamybinį gręžinį ir sukurti juos jungiančius plyšius. Šie lūžiai tarnauja kaip šilumokaičiai – panašiai kaip automobilio radiatorius.

Šioje uždaroje sistemoje vanduo naudojamas kaip darbinis skystis (vanduo neprarandamas). Į vieną šulinį įpurškiamas šaltas skystis. Jis praeina pro lūžius ir taip įgauna šilumą iš karštos uolienos. Šis karštas skystis patenka į paviršių per antrąjį dubleto šulinį. Paviršiuje šildomas skystis gali būti išpūstas iki garų arba paleistas per organinį Rankine ciklo įrenginį, kad būtų galima varyti turbiną, o vėliau ir generatorių. Vanduo, pašalinus šilumą, yra recirkuliuojamas.

Nors tai gera idėja, sėkmė trukdo penkiasdešimt metų nuo jos sukūrimo. Nors visame pasaulyje buvo vykdoma daug projektų, su moksline sėkme, komerciškumas nepasiektas, o elektros gamyba šiuose bandomuosiuose įrenginiuose neviršijo ~1 MWe.

Tačiau JAV ištekliai yra reikšmingi. JAV vakaruose apskaičiuota 519 GWe, kai gręžimo gylis yra mažesnis nei 15,000 20,000–XNUMX XNUMX pėdų. Šiuolaikinė gręžimo technologija, pritaikyta iš naftos pramonės, leidžia atlikti šį gręžimą. Kartu su plėtra, leidžiančia gręžti horizontalius gręžinius ir sukurti daugybę hidraulinių plyšių išilgai šių šulinių (įsivaizduokite, kad kiekvienas plyšys suteikia didelį paviršiaus plotą šilumos mainams), ir patobulintos geoterminės sistemos yra įmanomos.

Lūžių sistemos sukūrimas hidrauliniu ardymu yra pagrindinis elementas. Tai nėra naujiena. Pirmą kartą EGS buvo išbandytas Fenton Hill vietoje, Jemezo kalderoje, Naujojoje Meksikoje, kai Los Alamos nacionalinės laboratorijos ją pradėjo kurti. Pažymėtina, kad 1983 m. gruodį buvo išpumpuotas vienas didelis hidraulinis plyšys, siekiant sujungti du gręžinius (prieš taikant šiuolaikinį kryptinį gręžimą). Šios hidraulinės stimuliacijos metu 5.7 milijono galonų vandens su pridėtu trinties reduktoriumi buvo pumpuojama iki 50 dūžių per minutę (2100 galonų per minutę), esant maždaug 12,000 XNUMX psi slėgiui. Smulkios CaCO dalelės₃ buvo pridėtos skysčių praradimo kontrolei (siekiant supaprastinti lūžių sistemą).

Pamokos, įgytos iš Fenton Hill, kitų vietų visame pasaulyje ir technologijos iš kitų gavybos pramonės šakų (nuožulnus ir horizontalus gręžimas, daugiapakopis ardymas), paskatino Jungtinių Valstijų Energetikos departamentą (DOE) inicijuoti atnaujintą mokslinių tyrimų programą, žinomą kaip FORGE (Frontier Observatory). Geoterminės energijos tyrimams) pastatyti lauko laboratoriją naujoms technologijoms, kurios leistų komercializuoti EGS, išbandyti.

Q3. Papasakokite apie projekto FORGE vietą Jutoje ir kodėl ji buvo pasirinkta.

DOE rėmė konkursą tarp penkių žinomų EGS vietų Jungtinėse Valstijose. Vėliau tai buvo „atrinkta“ svetainėms Fallone, Nevadoje ir Milforde, Juta. 2019 m. Milfordo vieta galiausiai buvo pasirinkta kaip FORGE lauko laboratorijos vieta (žr. paveikslėlį įrašo viršuje).

Pasirinkimo kriterijai apėmė 1) rezervuaro temperatūrą nuo 175 iki 225 °C (pakankamai karšta, kad būtų galima įrodyti koncepcijas, bet ne tokia karšta, kad būtų trukdoma technologijų plėtrai), 2) didesniame nei 1.5 km gylyje (pakankamai giliai, kad būtų įmanoma plėtoti gręžimo technologiją). , 3) mažo pralaidumo uoliena (granitas FORGE aikštelėje), 4) maža seismiškumo atsiradimo rizika eksploatacijos metu, 5) maža rizika aplinkai ir 6) nėra ryšio su įprastine geotermine sistema.

++++++++++++++++++++++++++++++++++++

2 dalis tęs temą, atsakydama į šiuos klausimus ir atsakymus:

4 klausimas. Kokia yra pagrindinė įpurškimo ir gamybos šulinių konstrukcija?

Q5. Ar galėtumėte apibendrinti tris injekcijos šulinėlyje atliktus lūžių gydymo būdus ir jų rezultatus?

6 klausimas. Koks yra komercinio pritaikymo potencialas?