Палепшаная геатэрмальная сістэма выкарыстоўвае тэхналогію нафты і газу для здабычы энергіі з нізкім утрыманнем вугляроду. Частка 1.

Міністэрства энергетыкі ЗША (DOE) прафінансавала праект пад назвай FORGE, у рамках якога гарачыя гранітныя пароды будуць свідраваць і разбіваць з выкарыстаннем найлепшых нафтагазавых тэхналогій. Агульная мэта складаецца ў тым, каб убачыць, ці можа вада, выпампаваная ў адну свідравіну, цыркуляваць праз граніт і награвацца перад напампоўваннем другой свідравіны для прывядзення ў рух турбін, якія выпрацоўваюць электраэнергію.

Джон Макленан, кафедра хімічнай інжынерыі, Універсітэт штата Юта, з'яўляецца адным з галоўных даследчыкаў гэтага праекта Міністэрства аховы здароўя. Прэзентацыя вэбінара на гэтую тэму была прафінансавана NSI 6 красавіка 2022 г.: Frontier абсерваторыя даследаванняў у геатэрмальнай энергіі (FORGE): абнаўленне і погляд наперад

Ніжэй прыведзены пытанні, зададзеныя Джону Макленану, і яго адказы.

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

Q1. Ці можаце вы даць кароткую гісторыю геатэрмальнай энергіі?

З пачатку працы ў Larderello ў Італіі, у пачатку 1900-х гадоў, геатэрмальная энергія (для вытворчасці электраэнергіі і непасрэднага выкарыстання) пашырылася да ўстаноўленых магутнасць электрагенерацыі 15.6 ГВт (Гігават электраэнергіі) у 2021 г. Выкарыстанне глабальнае - больш чым у 25 краінах свету. Аднак размеркаванне па-ранейшаму складае невялікую частку сусветнага энергетычнага партфеля. Гледзячы на ​​​​гэта глабальнае размеркаванне, умоўна геатэрмальная энергія абмежавана прыпаверхневым выражэннем падвышанай тэмпературы, як гэта адбываецца каля межаў пліт, вулканаў і г.д.

Злучаныя Штаты маюць самую вялікую ўстаноўленую магутнасць геатэрмальнай электраэнергіі, за імі ідуць Інданезія, Філіпіны, Турцыя, Новая Зеландыя, Мексіка, Італія, Кенія, Ісландыя, Японія. З гэтых аперацый у Злучаных Штатах свідравіны, якія вырабляюць геатэрмальную энергію, могуць у сярэднім ад 4 да 6 МВт. Як правіла, пры тэмпературы 392°F (200°C) і хуткасці 9 удараў у хвіліну (378 галлонаў у хвіліну) можа выпрацоўвацца парадку 1 МВтэ, магчыма, абслугоўваючы ад 759 да 1000 дамоў у Злучаных Штатах.

Геатэрмальныя электрастанцыі адрозніваюцца па памеры, ад некалькіх свідравін (некаторыя вырабляюць да 50 МВтэ) да мноства свідравін. «Гейзеры, …, з'яўляюцца найбуйнейшым комплексам геатэрмальных электрастанцый у свеце. Calpine, найбуйнейшы вытворца геатэрмальнай энергіі ў ЗША, валодае і кіруе 13 электрастанцыямі ў Гейзерах з чыстай магутнасцю каля 725 мегават электраэнергіі - дастаткова для забеспячэння 725,000 XNUMX дамоў або горада памерам з Сан-Францыска».

Q2. Што такое палепшаныя геатэрмальныя сістэмы і дзе прымяняецца пластыраванне?

Каля пяцідзесяці гадоў таму навукоўцы і інжынеры Лос-Аламоскай навуковай лабараторыі (цяпер LANL) распрацавалі канцэпцыю пашыраных геатэрмальных сістэм (EGS). У той час гэтая канцэпцыя была вядомая як гарачы сухі камень (HDR). Адной з метадалогій з'яўляецца свідраванне нагнетальнай і эксплуатацыйнай свідравіны і стварэнне разломаў, якія злучаюць іх паміж сабой. Гэтыя разломы служаць цеплаабменнікамі - гэтак жа, як радыятар у аўтамабілі.

У якасці працоўнага цела ў гэтай закрытай сістэме выкарыстоўваецца вада (вада не губляецца). Халодная вадкасць запампоўваецца ў адну свідравіну. Ён праходзіць праз разломы і пры гэтым набывае цяпло ад гарачай пароды. Гэтая гарачая вадкасць здабываецца на паверхню праз другую свідравіну ў дублеты. На паверхні нагрэтая вадкасць можа ператварацца ў пару або праходзіць праз арганічную ўстаноўку з цыклам Ранкіна для прывядзення ў рух турбіны, а затым і генератара. Вада, з адведзеным цяплом, рэцыркулюе.

Нягледзячы на ​​тое, што гэта разумная ідэя, поспех быў спынены на працягу пяцідзесяці гадоў з моманту яе задумы. Нягледзячы на ​​тое, што па ўсім свеце было шмат праектаў з навуковым поспехам, камерцыйнасць не была дасягнута, а выпрацоўка электраэнергіі на гэтых пілотах не перавышала ~1 МВтэ.

Аднак у ЗША гэты рэсурс значны. На захадзе Злучаных Штатаў ацэнкі складаюць 519 ГВтэ пры глыбінях бурэння менш за 15,000 20,000 да XNUMX XNUMX футаў. Сучасная тэхналогія свідравання, узятая з нафтавай прамысловасці, робіць гэта свідраванне магчымым. У спалучэнні з распрацоўкамі, якія дазваляюць бурыць гарызантальныя свідравіны і ствараць мноства гідраўлічных разрываў уздоўж гэтых свідравін (уявіце, што кожны разрыў забяспечвае значную плошчу паверхні для цеплаабмену), і пашыраныя геатэрмальныя сістэмы магчымыя.

Ключавым элементам з'яўляецца стварэнне сістэмы ГРП шляхам гідраўлічнага разрыву пласта. Гэта не нова. Упершыню яго апрабавалі для EGS на пляцоўцы Фентан-Хіл у кальдэры Джэмез у Нью-Мексіка падчас ранніх распрацовак Нацыянальнай лабараторыі Лос-Аламоса. Варта адзначыць, што адна буйная шчыліна гідраўлічнага разрыву была пракачана ў снежні 1983 г., каб паспрабаваць злучыць дзве свідравіны (да таго, як было лёгка прыменена сучаснае накіраванае бурэнне). Пры гэтай гідраўлічнай стымуляцыі 5.7 мільёна галонаў вады з дададзеным рэдуктарам трэння было запампавана з хуткасцю да 50 удараў у хвіліну (2100 галонаў у хвіліну) пры свідравінным ціску прыкладна да 12,000 XNUMX фунтаў на квадратны дюйм. Дробныя часціцы CaCO₃ былі дададзены для кантролю страты вадкасці (для спрашчэння сістэмы разлому).

Урокі, атрыманыя з Фентан-Хіла, іншых аб'ектаў па ўсім свеце і тэхналогій з іншых здабываючых галін (нахільнае і гарызантальнае бурэнне, шматступеньчаты ГРП) заахвоцілі Міністэрства энергетыкі ЗША (DOE) пачаць адноўленую даследчую праграму, вядомую як FORGE (Frontier Observatory). для даследаванняў у галіне геатэрмальнай энергіі) для стварэння палявой лабараторыі для тэставання новых тэхналогій, якія дазволяць камерцыялізаваць EGS.

Q3. Раскажыце пра сайт праекта FORGE у штаце Юта і чаму ён быў абраны.

Міністэрства энергетыкі спансавала конкурс сярод пяці вядомых месцаў EGS у Злучаных Штатах. Пасля гэта было "адабрана" на сайты ў Фалане, штат Невада, і Мілфардзе, штат Юта. У 2019 годзе Мілфард быў канчаткова абраны месцам размяшчэння палявой лабараторыі FORGE (гл. малюнак уверсе паведамлення).

Крытэрыі выбару ўключалі 1) тэмпературу пласта ад 175 да 225 °C (дастаткова гарачую, каб пацвердзіць канцэпцыі, але не настолькі высокую, каб перашкаджаць развіццю тэхналогій), 2) на глыбіні больш за 1.5 км (дастаткова глыбокую, каб развіццё тэхналогіі бурэння было магчымым) , 3) парода з нізкай пранікальнасцю (граніт на пляцоўцы FORGE), 4) нізкі рызыка ўзнікнення сейсмічнасці падчас працы, 5) нізкі рызыка для навакольнага асяроддзя і 6) адсутнасць сувязі са звычайнай геатэрмальнай сістэмай.

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

Частка 2 працягне тэму, разглядаючы наступныя пытанні і адказы:

Q4. Якая асноўная канструкцыя нагнетальнай і эксплуатацыйнай свідравіны?

Q5. Не маглі б вы падсумаваць тры апрацоўкі ГРП у нагнетальнай свідравіне і іх вынікі?

Q6. Які патэнцыял камерцыйнага прымянення?