Побољшани геотермални систем користи технологију нафте и гаса за ископавање енергије са ниским садржајем угљеника. Део 1.

Америчко министарство енергетике (ДОЕ) финансирало је пројекат под називом ФОРГЕ где ће вруће гранитне стене бити бушене и фракиране коришћењем најбоље технологије нафте и гаса. Општи циљ је да се види да ли вода која се пумпа низ један бунар може циркулисати кроз гранит и загрејати пре него што се пумпа други бунар за погон турбина које производе електричну енергију.

Јохн МцЛеннан, Одсек за хемијско инжењерство, Универзитет у Јути, је ко-главни истраживач за овај пројекат ДОЕ. Презентацију вебинара на ову тему спонзорисао је НСИ 6. априла 2022: Фронтиер Опсерваторија за истраживање геотермалне енергије (ФОРГЕ): ажурирање и поглед унапред

Следе питања постављена Џону Мекленану и његови одговори.

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

К1. Можете ли дати кратку историју геотермалне енергије?

Од раног рада у Лардереллу у Италији, раних 1900-их, геотермална енергија (за производњу електричне енергије и директну употребу) се проширила на инсталирану капацитет производње електричне енергије од 15.6 ГВе (Гигавати електричне енергије) 2021. Коришћење је глобално – више од 25 земаља широм света. Међутим, алокација је и даље мали део светског енергетског портфеља. Гледајући ову глобалну дистрибуцију, конвенционално, геотермална енергија је ограничена на експресију повишене температуре близу површине, као што би се десило у близини граница плоча, вулкана итд.

Сједињене Државе имају највећи инсталирани производни капацитет геотермалне електричне енергије, а следе Индонезија, Филипини, Турска, Нови Зеланд, Мексико, Италија, Кенија, Исланд, Јапан. Од ових операција у Сједињеним Државама, бушотине које производе геотермалну енергију могу у просеку 4 до 6 МВе. По правилу, на 392°Ф (200°Ц) и протоку при 9 откуцаја у минути (378 гпм), на нивоу од 1 МВе може да генерише, можда опслужујући 759 до 1000 домова у Сједињеним Државама.

Геотермалне електране се разликују по величини, од неколико бунара (неке производе и до 50 МВе) до многих бунара. „Гејзири, …, највећи су комплекс геотермалних електрана на свету. Цалпине, највећи произвођач геотермалне енергије у САД, поседује и управља са 13 електрана у Гејзирима са нето производним капацитетом од око 725 мегавата електричне енергије – довољно да напаја 725,000 домова или град величине Сан Франциска.

К2. Шта су побољшани геотермални системи и где се примењује фракинг?

Пре педесетак година, концепт побољшаних геотермалних система (ЕГС) замислили су научници и инжењери у научним лабораторијама Лос Аламоса (сада ЛАНЛ). Тада је концепт био познат као врућа сува стена (ХДР). Једна методологија је бушење ињекционе и производне бушотине и стварање пукотина које их међусобно повезују. Ови преломи служе као измењивачи топлоте - слично као радијатор у аутомобилу.

Вода се користи као радни флуид у овом затвореном систему (вода се не губи). Хладна течност се убризгава у један бунар. Пролази кроз пукотине и при томе добија топлоту од вруће стене. Ова врућа течност се производи на површину кроз други бунар у дублету. На површини, загрејана течност се може претворити у пару или проћи кроз постројење органског циклуса Ранкине да покреће турбину, а потом и генератор. Вода, са одведеном топлотом, поново циркулише.

Иако је то здрава идеја, успех је био у застоју већ педесет година од њеног настанка. Иако је било више пројеката широм света, са научним успехом, комерцијалност није постигнута и производња електричне енергије на овим пилотима није премашила ~1 МВе.

У САД, међутим, ресурс је значајан. У западним Сједињеним Државама, процене су 519 ГВе на дубинама бушења мањим од 15,000 до 20,000 стопа. Савремена технологија бушења, прилагођена нафтној индустрији, чини ово бушење изводљивим. Упарите то са развојем који омогућава бушење хоризонталних бунара и стварање мноштва хидрауличних пукотина дуж ових бушотина (замислите да свака фрактура обезбеђује значајну површину за размену топлоте) и побољшани геотермални системи су изводљиви.

Креирање система лома хидрауличким ломљењем је кључни елемент. Ово није ново. Први пут је испробан за ЕГС на локацији Фентон Хилл у Јемез калдери у Новом Мексику, током раног развоја од стране Националне лабораторије Лос Аламоса. Треба напоменути да је једна велика хидраулична пукотина пумпана у децембру 1983. да би се покушало да се међусобно повежу две бушотине (пре него што је модерно усмерено бушење било лако примењено). У тој хидрауличној стимулацији, 5.7 милиона галона воде са додатним редуктором трења је пумпано брзином до 50 бпм (2100 галона у минути) при притисцима у бушотини до око 12,000 пси. Фине честице ЦаЦО₃ су додати за контролу губитка течности (да би се поједноставио систем лома).

Лекције научене од Фентон Хилл-а, других локација широм света, и технологије из других експлоатационих индустрија (нагнуто и хоризонтално бушење, вишестепено ломљење) подстакле су Министарство енергетике Сједињених Држава (ДОЕ) да покрене обновљени истраживачки програм познат као ФОРГЕ (Фронтиер Обсерватори). за истраживање геотермалне енергије) за изградњу теренске лабораторије за тестирање нових технологија које би омогућиле комерцијализацију ЕГС-а.

К3. Реците нам о локацији пројекта ФОРГЕ у Јути и зашто је изабран.

ДОЕ је спонзорисао такмичење између пет истакнутих ЕГС локација у Сједињеним Државама. Ово је касније „одабрано“ на локације у Фалону, Невада, и Милфорду, Јута. У 2019, локација у Милфорду је на крају изабрана као локација теренске лабораторије ФОРГЕ (погледајте слику на врху поста).

Критеријуми за избор укључивали су 1) температуре резервоара између 175 и 225°Ц (довољно вруће да се докаже концепт, али не толико да је развој технологије ометен), 2) на дубинама већим од 1.5 км (довољно дубоко да је развој технологије бушења изводљив) , 3) стена ниске пропустљивости (гранит на локацији ФОРГЕ), 4) низак ризик од изазивања сеизмичности током рада, 5) мали еколошки ризици и 6) нема везе са конвенционалним геотермалним системом.

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

Други део ће наставити тему тако што ће се бавити следећим питањима и одговорима:

К4. Који је основни дизајн ињекционих и производних бунара?

К5. Можете ли да сумирате три третмана лома у ињекционој бушотини и њихове резултате?

К6. Какав је потенцијал за комерцијалну примену?