211service.com
Szczelinowanie w celu uzyskania ciepła geotermalnego zamiast gazu
Zastosowanie szczelinowania hydraulicznego odblokowało ogromne nowe rezerwy gazu ziemnego. Ale już wysoka skała , startup z siedzibą w Seattle, opracowuje technologię, która może zrobić to samo dla zasobów geotermalnych, zmieniając marginalne źródło energii w główne źródło bezemisyjnej energii elektrycznej i ciepła w Stanach Zjednoczonych.
Rozkoszuj się: Studnia geotermalna w Newberry Volcano w Oregonie, gdzie testowano nową technologię szczelinowania skał.
Na początku tego roku w pobliżu wulkanu Newberry w Oregonie firma Alta Rock zademonstrowała kluczową część tej technologii, proces podobny do szczelinowania. Tak jak szczelinowanie polega na pompowaniu cieczy pod wysokim ciśnieniem do podziemnych formacji łupkowych, aby uwolnić uwięziony tam gaz ziemny i ropę, tak nowa technologia może uwolnić ciepło uwięzione głęboko pod ziemią. W przeciwieństwie do energii słonecznej i wiatrowej to ciepło byłoby dostępne przez całą dobę i przy każdej pogodzie.
Elektrownie geotermalne zapewniają teraz niewielki ułamek światowego zapotrzebowania na energię – w Stanach Zjednoczonych, jednym z największych światowych producentów energii geotermalnej, całkowita moc geotermalna stanowi około 1 procent krajowej mocy węglowej.
Główny problem polega na tym, że konwencjonalne elektrownie geotermalne opierają się na rzadkiej kombinacji cech geologicznych. Gorącej skale musi towarzyszyć duża ilość gorącej wody lub pary, którą można łatwo wypompować na powierzchnię, gdzie napędzałaby turbiny parowe do wytwarzania energii elektrycznej. Formacja skalna musi być wystarczająco porowata, aby woda mogła być stale recyrkulowana i ponownie podgrzewana w celu utrzymania pracy elektrowni. (Pompy geotermalne są czasami używane do ogrzewania i chłodzenia domów, ale są one niewystarczające do wytwarzania energii elektrycznej, ponieważ pracują w znacznie niższych temperaturach.)
Chociaż takie formacje są rzadkie, ilość ciepła pod ziemią jest w rzeczywistości ogromna (patrz Obfita moc z Universal Geothermal Energy ). Pod Stanami Zjednoczonymi w odległości odwiertu (do 10 kilometrów) uwięzione jest wystarczająco dużo ciepła, aby zaspokoić potrzeby energetyczne na tysiące lat. AltaRock jest jedną z kilku firm, które próbują dowiedzieć się, jak uzyskać dostęp do większej ilości tego ciepła (patrz Pękanie skał, aby uzyskać więcej z pól geotermalnych i Wykorzystanie CO2 do pozyskiwania energii geotermalnej).
Podstawową ideą jest zmodyfikowanie skały, aby umożliwić przepływ przez nią wody (naukowcy nazywają powstałe zbiorniki ulepszonymi systemami geotermalnymi lub EGS). Wiąże się to z pompowaniem zimnej wody do skały we właściwy sposób, aby spowodować rozszerzenie istniejących pęknięć w skale i umożliwienie przepływu wody. Próbowano go wiele razy w przeszłości — z wysiłkami sięgającymi dziesięcioleci. Ale trudno było uzyskać wystarczającą ilość gorącej wody, aby uzasadnić koszty wiercenia studni i budowy elektrowni.
Rozwiązanie AltaRock zapożycza grę z branży gazu ziemnego. Jednym z kluczowych postępów, które umożliwiły firmom wytwarzanie ekonomicznych ilości gazu ziemnego ze skał łupkowych, jest możliwość łamania skały w kilku punktach wzdłuż jednego odwiertu, co zmniejsza liczbę odwiertów do wykonania. Robią to, tymczasowo zatykając część studni, aby mogli zastosować ciśnienie hydrauliczne do jednej sekcji, a następnie przejść do innej części.
Od dawna wiadomo, że zrobienie tego samego może zwiększyć produkcję ciepłej wody ze studni geotermalnej. Ale nie jest możliwe użycie tych samych technik, które stosuje się we frackingu, aby podłączyć studnię. Studnie geotermalne są zazwyczaj cieplejsze i muszą być zaprojektowane do większych przepływów wody.
AltaRock zasadniczo wynalazł nową wtyczkę. W studni w pobliżu wulkanu Newberry udowodniono, że możliwe jest tymczasowe zatkanie studni geotermalnej specjalnym polimerem. Materiał ulega degradacji po tym, jak przez pewien czas znajdował się w gorącej skale, umożliwiając firmie przejście do innej części odwiertu. Firma złamała trzy oddzielne obszary jednego odwiertu przy użyciu tej techniki. W przyszłym projekcie komercyjnym może osiągnąć siedem lub więcej na odwiert, co może radykalnie obniżyć koszty, mówi Susan Petty, prezes i dyrektor ds. technologii w AltaRock. Mówi, że technologia może być kluczem do konkurencyjności EGS w stosunku do węgla.
Ale chociaż technologia AltaRock jest kluczowym postępem, to wciąż dopiero początek energetyki geotermalnej. Technologia AltaRock jest ważna, ale to tylko jedna część układanki, mówi Tester Jeffersona , profesor Zrównoważonych Systemów Energetycznych na Cornell University. Mówi, że pozostało jeszcze kilka wyzwań inżynieryjnych, a ich rozwiązanie będzie wymagało stałego finansowania, nie tylko na projekt, nad którym pracuje AltaRock, ale także na kilka innych. Mówi, że potrzebna jest masa krytyczna demonstracji, aby udowodnić firmom, że elektrownie geotermalne są dobrą inwestycją. Szacuje, że minie dziesięciolecia, zanim energia geotermalna będzie stanowić nawet 10 procent całkowitej mocy w Stanach Zjednoczonych.
Petty mówi, że zakład w Newberry może wytwarzać energię już w 2016 roku, ale pozostaje jeszcze wiele pracy. Następnym krokiem dla AltaRock jest wywiercenie kolejnej pobliskiej studni, która przetnie się z porowatą skałą, którą stworzyła techniką szczelinowania. Inżynierowie wpompują wodę do pierwszej studni, która będzie krążyć w skale i nagrzewać się. Następnie zostanie wypompowana z drugiego odwiertu i wykorzystana do produkcji pary w elektrowni.
W poprzednich projektach EGS na tym etapie pojawiło się kilka problemów. Czasami woda przepływa zbyt szybko z jednej studni do drugiej, przez co nie jest wystarczająco gorąca. Innym razem woda znika w nieznanych szczelinach w skale i nigdy więcej jej nie widać. Aby rozwiązać te problemy, AltaRock opracowuje nowe technologie monitorowania przepływu wody.
AltaRock współpracuje również z GE nad udoskonalonym procesem wykorzystywania gorącej wody do wytwarzania energii elektrycznej. Polega na poprawie przenoszenia ciepła z gorącej wody do płynu roboczego napędzającego turbinę. Podejście to może jeszcze bardziej zwiększyć moc wyjściową z lokalizacji geotermalnej.