Засилениот геотермален систем користи технологија на нафта и гас за ископување енергија со ниска содржина на јаглерод. Дел 1.

Американското Министерство за енергетика (DOE) финансираше проект наречен FORGE каде што ќе се дупчат и скршени жешките гранитни карпи користејќи ја најдобрата технологија за нафта и гас. Општа цел е да се види дали водата што се испумпува надолу еден бунар може да циркулира низ гранитот и да се загрее пред да се испумпува вториот бунар за да се придвижат турбините што генерираат електрична енергија.

Џон Мекленан, Катедра за хемиско инженерство, Универзитетот во Јута, е ко-главен истражувач за овој проект на DOE. Презентација на вебинар на оваа тема беше спонзорирана од NSI на 6 април 2022 година: Фrontier опсерваторија за истражување во геотермална енергија (FORGE): Ажурирање и изгледи

Следниве се прашањата поставени до Џон Мекленан и неговите одговори.

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

П1. Можете ли да дадете кратка историја на геотермалната енергија?

Од раната работа во Лардерело во Италија, во раните 1900-ти, геотермалната енергија (за производство на електрична енергија и директна употреба) се прошири на инсталирана електричен капацитет за производство од 15.6 GWe (GigaWatts на електрична енергија) во 2021 година. Користењето е глобално – повеќе од 25 земји во светот. Сепак, алокацијата е сè уште мал дел од светското енергетско портфолио. Гледајќи ја оваа глобална дистрибуција, конвенционално, геотермалната енергија е ограничена на блиску површинско изразување на покачена температура како што би се случило во близина на границите на плочите, вулканите итн.

Соединетите држави имаат најголем инсталиран капацитет за производство на геотермална електрична енергија, а потоа следат Индонезија, Филипини, Турција, Нов Зеланд, Мексико, Италија, Кенија, Исланд, Јапонија. Од овие операции во Соединетите Американски Држави, бунарите што произведуваат геотермална енергија може во просек од 4 до 6 MWe. Како правило, на 392°F (200°C) и тече со 9 bpm (378 gpm), од редот од 1 MWe може да генерира, можеби опслужува 759 до 1000 домови во Соединетите Држави.

Геотермалните централи се разликуваат по големина, од неколку бунари (некои произведуваат до 50 MWe) до многу бунари. „Гејзерите,…, е најголемиот комплекс на геотермални централи во светот. Calpine, најголемиот производител на геотермална енергија во САД, поседува и управува со 13 електрани во The Geysers со нето производствен капацитет од околу 725 мегавати електрична енергија - доволно за напојување на 725,000 домови или град со големина на Сан Франциско.

П2. Што се засилени геотермални системи и каде се применува фракингот?

Пред околу педесет години, концептот на Подобрени геотермални системи (EGS) беше замислен од научници и инженери во научните лаборатории во Лос Аламос (сега LANL). Тогаш, концептот беше познат како топла сува карпа (HDR). Една методологија е да се дупчат бунар за инјектирање и производствен бунар и да се создадат фрактури што меѓусебно ги поврзуваат. Овие фрактури служат како разменувачи на топлина - слично како радијаторот во автомобилот.

Водата се користи како работна течност во овој затворен систем (водата не се губи). Ладна течност се инјектира во еден бунар. Тој минува низ скршениците и притоа добива топлина од врелата карпа. Оваа топла течност се произведува на површината преку вториот бунар во дублетот. На површината, загреаната течност може да се испушти на пареа или да помине низ органска постројка за циклус на Ранкин за да придвижи турбина, а потоа и генератор. Водата, со извадена топлина, се рециркулира.

Иако е здрава идеја, успехот е спречен педесет години од неговото зачнување. Иако имаше повеќе проекти ширум светот, со научен успех, комерцијалноста не беше постигната и производството на електрична енергија кај овие пилоти не надмина ~ 1 MWe.

Меѓутоа, во САД, ресурсот е значаен. Во западниот дел на САД, проценките се 519 GWe на длабочини на дупчење помали од 15,000 до 20,000 стапки. Современата технологија за дупчење, прилагодена од нафтената индустрија го прави ова дупчење изводливо. Заедно со развојот што овозможува дупчење хоризонтални бунари и создавање на мноштво хидраулични фрактури долж овие бунари (замислете секоја фрактура обезбедува значителна површина за размена на топлина) и Подобрените геотермални системи се изводливи.

Создавањето на системот за фрактура со хидраулично фрактура е клучен елемент. Ова не е ново. За прв пат беше испробан за EGS на локацијата Фентон Хил во калдерата Џемез во Ново Мексико, за време на раните случувања од страна на националните лаборатории во Лос Аламос. Забелешка, е една голема хидраулична фрактура испумпана во декември 1983 година за да се обиде меѓусебно да ги поврзе два бунари (пред лесно да се примени модерното насочено дупчење). Во таа хидраулична стимулација, 5.7 милиони галони вода со додаден редуктор на триење беа испумпани до 50 bpm (2100 галони во минута) при притисок во дупката до околу 12,000 psi. Ситни честички на CaCO₃ беа додадени за контрола на загубата на течности (за да се поедностави системот на фрактура).

Лекциите научени од Фентон Хил, други локации ширум светот и технологиите од другите индустрии за екстракција (наклонето и хоризонтално дупчење, повеќестепено фрактурирање) го охрабрија Министерството за енергетика на Соединетите Американски Држави (DOE) да иницира обновена истражувачка програма позната како FORGE (Frontier Observatory). за истражување во геотермалната енергија) да се изгради теренска лабораторија за тестирање на нови технологии кои ќе овозможат комерцијализација на EGS.

П3. Кажете ни за локацијата на проектот FORGE во Јута и зошто е избрана.

DOE спонзорираше натпревар меѓу пет истакнати EGS локации во Соединетите Држави. Ова подоцна беше „одбрано“ на локации во Фалон, Невада и Милфорд, Јута. Во 2019 година, локацијата Милфорд на крајот беше избрана како локација на теренската лабораторија FORGE (видете ја сликата на врвот на објавата).

Критериумите за избор вклучуваа 1) температури на резервоарот помеѓу 175 и 225°C (доволно жешки за да се докажат концептите, но не толку жешки за да се попречи развојот на технологијата), 2) на длабочини поголеми од 1.5 km (доволно длабоко за да е изводлив развој на технологија за дупчење) , 3) карпа со ниска пропустливост (гранит на локацијата FORGE), 4) низок ризик од предизвикување сеизмичност за време на операциите, 5) ниски ризици за животната средина и 6) нема врска со конвенционален геотермален систем.

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

Вториот дел ќе ја продолжи темата со решавање на следниве прашања и одговори:

П4. Кој е основниот дизајн на бунарите за инјектирање и производство?

П5. Дали би можеле добро да ги сумирате трите третмани со фрак во инјектирањето и нивните резултати?

П6. Кој е потенцијалот за комерцијална примена?