Uzlabotā ģeotermālā sistēma izmanto naftas un gāzes tehnoloģiju, lai iegūtu zemu oglekļa emisiju enerģiju. 1. daļa.

ASV Enerģētikas departaments (DOE) ir finansējis projektu FORGE, kurā tiks urbti un sadalīti karstie granīta akmeņi, izmantojot labāko naftas un gāzes tehnoloģiju. Vispārējais mērķis ir noskaidrot, vai vienā akā izsūknēto ūdeni var cirkulēt caur granītu un uzsildīt, pirms tas tiek sūknēts otrā akā, lai darbinātu turbīnas, kas ražo elektrību.

Džons Maklennans, Jūtas Universitātes Ķīmiskās inženierijas departaments, ir šī DOE projekta galvenais pētnieks. Tīmekļsemināra prezentāciju par šo tēmu 6. gada 2022. aprīlī sponsorēja NSI: Frontier ģeotermālās enerģijas pētniecības observatorija (FORGE): atjauninājums un nākotnes skats

Tālāk ir sniegti Džonam Maklennanam uzdoti jautājumi un viņa atbildes.

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

Q1. Vai varat sniegt īsu ģeotermālās enerģijas vēsturi?

Kopš agrīnā darba Larderello Itālijā, 1900. gadu sākumā, ģeotermālā enerģija (elektrības ražošanai un tiešai lietošanai) ir paplašinājusies līdz uzstādītai elektroenerģijas ražošanas jauda 15.6 GWe (Gigavati elektroenerģijas) 2021. gadā. Izmantošana ir globāla – vairāk nekā 25 valstīs visā pasaulē. Tomēr sadale joprojām ir neliela daļa no pasaules enerģijas portfeļa. Aplūkojot šo globālo sadalījumu, parasti ģeotermālā enerģija ir ierobežota ar paaugstinātas temperatūras izpausmi tuvu virsmai, kā tas notiktu plākšņu robežu, vulkānu utt.

ASV ir lielākā uzstādītā ģeotermālās elektroenerģijas ražošanas jauda, ​​kam seko Indonēzija, Filipīnas, Turcija, Jaunzēlande, Meksika, Itālija, Kenija, Islande un Japāna. No šīm darbībām Amerikas Savienotajās Valstīs akas, kas ražo ģeotermālo enerģiju, varētu būt vidēji 4–6 MWe. Parasti pie 392 °F (200 °C) un plūsmas ar ātrumu 9 sitieni minūtē (378 gpm) aptuveni 1 MWe var radīt, iespējams, apkalpot 759 līdz 1000 māju Amerikas Savienotajās Valstīs.

Ģeotermālās elektrostacijas ir dažāda izmēra, sākot no dažām akām (dažas ģenerē līdz 50 MWe) līdz daudzām akām. “Geizeri, …, ir lielākais ģeotermālo spēkstaciju komplekss pasaulē. Calpine, lielākais ģeotermālās enerģijas ražotājs ASV, pieder un pārvalda 13 elektrostacijas Geizeros ar neto ģenerēšanas jaudu aptuveni 725 megavati elektroenerģijas, kas ir pietiekami, lai nodrošinātu 725,000 XNUMX māju vai Sanfrancisko lieluma pilsētu.

Q2. Kas ir uzlabotās ģeotermālās sistēmas un kur tiek izmantota fracking?

Apmēram pirms piecdesmit gadiem uzlaboto ģeotermālo sistēmu (EGS) koncepciju izstrādāja Los Alamos zinātniskās laboratorijas (tagad LANL) zinātnieki un inženieri. Toreiz šī koncepcija bija pazīstama kā karstais sausais akmens (HDR). Viena no metodēm ir urbt injekcijas urbumu un ražošanas urbumu un izveidot tos savstarpēji savienojošos lūzumus. Šie lūzumi kalpo kā siltummaiņi – līdzīgi kā radiators automašīnā.

Šajā slēgtajā sistēmā ūdens tiek izmantots kā darba šķidrums (ūdens netiek zaudēts). Vienā iedobē tiek ievadīts auksts šķidrums. Tas iziet cauri lūzumiem un, to darot, iegūst siltumu no karstā akmens. Šis karstais šķidrums tiek izvadīts uz virsmas caur otro dubleta iedobi. Virspusē uzkarsēto šķidrumu var tvaicēt vai izlaist cauri organiskā Rankine cikla iekārtai, lai darbinātu turbīnu un pēc tam ģeneratoru. Ūdens ar izvadīto siltumu tiek recirkulēts.

Lai gan tā ir laba ideja, panākumi ir bijuši kavēti piecdesmit gadus kopš tās koncepcijas. Lai gan visā pasaulē ir bijuši vairāki projekti, ar zinātniskiem panākumiem komerciālums nav sasniegts un elektroenerģijas ražošana šajos izmēģinājumos nav pārsniegusi ~ 1 MWe.

Tomēr ASV resurss ir nozīmīgs. Amerikas Savienoto Valstu rietumos tiek lēsts, ka jauda ir 519 GWe, ja urbšanas dziļums ir mazāks par 15,000 20,000 līdz XNUMX XNUMX pēdām. Modernā urbšanas tehnoloģija, kas pielāgota no naftas rūpniecības, padara šo urbšanu iespējamu. Savienojumā ar attīstību, kas ļauj urbt horizontālas akas un radīt daudz hidraulisko lūzumu gar šīm akām (iedomājieties, ka katrs lūzums nodrošina ievērojamu virsmas laukumu siltuma apmaiņai), un uzlabotās ģeotermālās sistēmas ir iespējamas.

Lūzumu sistēmas izveide ar hidraulisko sašķelšanu ir galvenais elements. Tas nav jaunums. Pirmo reizi tas tika izmēģināts EGS Fenton Hill vietā Džemezas kalderā, Ņūmeksikā, agrīnās izstrādes laikā, ko veica Los Alamos Nacionālās laboratorijas. Jāatzīmē, ka 1983. gada decembrī tika sūknēts viens liels hidrauliskais lūzums, lai mēģinātu savienot divas akas (pirms modernās virziena urbšanas). Šajā hidrauliskajā stimulācijā 5.7 miljoni galonu ūdens ar pievienotu berzes reduktoru tika sūknēti ar ātrumu līdz 50 sitieniem minūtē (2100 galonu minūtē) ar spiedienu līdz aptuveni 12,000 XNUMX psi. Smalkas CaCO daļiņas₃ tika pievienoti šķidruma zuduma kontrolei (lai vienkāršotu lūzumu sistēmu).

Fentonhilā, citās vietās visā pasaulē gūtās mācības un citu ieguves nozaru tehnoloģijas (slīpa un horizontālā urbšana, daudzpakāpju sašķelšana) mudināja Amerikas Savienoto Valstu Enerģētikas departamentu (DOE) uzsākt atjaunotu pētniecības programmu, kas pazīstama kā FORGE (Frontier Observatory). ģeotermālās enerģijas pētniecībai), lai izveidotu lauka laboratoriju, lai pārbaudītu jaunas tehnoloģijas, kas ļautu komercializēt EGS.

Q3. Pastāstiet mums par FORGE projekta vietu Jūtā un kāpēc tā tika izvēlēta.

DOE sponsorēja konkursu starp piecām ievērojamām EGS vietām Amerikas Savienotajās Valstīs. Pēc tam tas tika “izvēlēts uz leju” vietnēm Falonā, Nevadas štatā un Milfordā, Jūtā. 2019. gadā Milfordas vieta galu galā tika izvēlēta kā FORGE lauka laboratorijas atrašanās vieta (skatiet attēlu ziņas augšpusē).

Atlases kritēriji ietvēra 1) rezervuāra temperatūru no 175 līdz 225°C (pietiekami karsts, lai pierādītu koncepcijas, bet ne tik karsts, lai tiktu kavēta tehnoloģiju attīstība), 2) dziļumā, kas lielāks par 1.5 km (pietiekami dziļi, lai urbšanas tehnoloģiju attīstība būtu iespējama). , 3) zemas caurlaidības iezis (granīts FORGE vietā), 4) zems seismiskuma risks ekspluatācijas laikā, 5) zems vides risks un 6) nav savienojuma ar parasto ģeotermālo sistēmu.

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

2. daļa turpinās tēmu, risinot šādus jautājumus un atbildes:

Q4. Kāds ir iesmidzināšanas un ražošanas urbumu pamatkonstrukcija?

Q5. Vai jūs varētu apkopot trīs fraku apstrādes injekcijas akā un to rezultātus?

Q6. Kāds ir komerciāla pielietojuma potenciāls?