Un sistem geotermal îmbunătățit folosește tehnologia petrolului și gazelor pentru a extrage energie cu emisii scăzute de carbon. Partea 1.

Departamentul de Energie al SUA (DOE) a finanțat un proiect numit FORGE în care roca de granit fierbinte va fi forată și fracturată folosind cea mai bună tehnologie de petrol și gaze. Un obiectiv general este acela de a vedea dacă apa pompată într-o fântână poate fi circulată prin granit și încălzită înainte de a fi pompată în al doilea puț pentru a conduce turbinele care generează electricitate.

John McLennan, Departamentul de Inginerie Chimică, Universitatea din Utah, este co-investigatorul principal pentru acest proiect DOE. O prezentare webinar pe această temă a fost sponsorizată de NSI pe 6 aprilie 2022: FObservatorul Rontier pentru Cercetare în Energie Geotermală (FORGE): O actualizare și perspectivă

Mai jos sunt întrebările adresate lui John McLennan și răspunsurile acestuia.

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

Î1. Puteți oferi o scurtă istorie a energiei geotermale?

De la primele lucrări la Larderello din Italia, la începutul anilor 1900, energia geotermală (pentru generarea electrică și utilizarea directă) s-a extins la o instalație instalată. capacitate de generare electrică de 15.6 GWe (GigaWatts de electricitate) în 2021. Utilizarea este globală – peste 25 de țări din întreaga lume. Cu toate acestea, alocarea este încă o mică parte din portofoliul energetic al lumii. Privind această distribuție globală, în mod convențional, energia geotermală este constrânsă la expresia aproape de suprafață a temperaturii ridicate, așa cum ar avea loc în apropierea limitelor plăcilor, vulcanilor etc.

Statele Unite ale Americii au cea mai mare capacitate instalată de generare electrică geotermală, urmate de Indonezia, Filipine, Turcia, Noua Zeelandă, Mexic, Italia, Kenya, Islanda, Japonia. Dintre aceste operațiuni din Statele Unite, puțurile care produc energie geotermală ar putea avea o medie de 4 până la 6 MWe. Ca regulă generală, la 392 ° F (200 ° C) și care curge la 9 bpm (378 gpm), de ordinul a 1 MWe poate fi generat, poate deservi 759 până la 1000 de case din Statele Unite.

Centralele geotermale variază ca mărime, de la câteva puțuri (unele producând până la 50 MWe) la multe puțuri. „Gheizerele, …, este cel mai mare complex de centrale geotermale din lume. Calpine, cel mai mare producător de energie geotermală din SUA, deține și operează 13 centrale electrice la The Geysers, cu o capacitate netă de generare de aproximativ 725 megawați de energie electrică - suficientă pentru a alimenta 725,000 de case sau un oraș de dimensiunea San Francisco.

Q2. Ce sunt sistemele geotermale îmbunătățite și unde se aplică fracking-ul?

În urmă cu aproximativ cincizeci de ani, conceptul de sisteme geotermale îmbunătățite (EGS) a fost conceput de oamenii de știință și ingineri de la Laboratoarele științifice Los Alamos (acum LANL). Pe atunci, conceptul era cunoscut sub numele de hot dry rock (HDR). O metodologie este de a fora un puț de injecție și un puț de producție și de a crea fracturile care le interconectează. Aceste fracturi servesc ca schimbătoare de căldură – la fel ca radiatorul dintr-un automobil.

Apa este folosită ca fluid de lucru în acest sistem închis (apa nu se pierde). Lichidul rece este injectat într-un godeu. Trece prin fracturi și în acest fel dobândește căldură din roca fierbinte. Acest fluid fierbinte este produs la suprafață prin al doilea puț din dublet. La suprafață, fluidul încălzit poate fi abur sau rulat printr-o uzină organică cu ciclu Rankine pentru a conduce o turbină și, ulterior, un generator. Apa, cu căldură scoasă, este recirculată.

Deși este o idee bună, succesul a fost blocat timp de cincizeci de ani de la conceperea sa. Deși au existat mai multe proiecte în întreaga lume, cu succes științific, comercialitatea nu a fost atinsă și generarea de electricitate la acești piloți nu a depășit ~1 MWe.

În SUA însă, resursa este semnificativă. În vestul Statelor Unite, estimările sunt de 519 GWe la adâncimi de foraj mai mici de 15,000 până la 20,000 de picioare. Tehnologia modernă de foraj, adaptată din industria petrolieră face ca acest foraj să fie fezabil. Împreună cu evoluțiile care permit forarea puțurilor orizontale și crearea unei multitudini de fracturi hidraulice de-a lungul acestor puțuri (imaginați-vă că fiecare fractură oferă o suprafață semnificativă pentru schimbul de căldură) și sistemele geotermale îmbunătățite sunt fezabile.

Crearea sistemului de fracturi prin fracturare hidraulică este un element cheie. Acest lucru nu este nou. A fost încercat pentru prima dată pentru EGS la locația Fenton Hill din Caldera Jemez din New Mexico, în timpul dezvoltărilor timpurii de către Laboratoarele Naționale Los Alamos. De notat, este o fractură hidraulică mare pompată în decembrie 1983 pentru a încerca să interconecteze două puțuri (înainte de a fi aplicat cu ușurință forajul direcțional modern). În acea stimulare hidraulică, au fost pompați 5.7 milioane de galoane de apă cu un reductor de frecare adăugat la o viteză de până la 50 bpm (2100 de galoane pe minut) la presiuni în fund de până la aproximativ 12,000 psi. Particule fine de CaCO₃ au fost adăugate pentru controlul pierderilor de fluide (pentru a simplifica sistemul de fractură).

Lecțiile învățate de la Fenton Hill, alte site-uri din întreaga lume și tehnologiile din alte industrii de extracție (foraj înclinat și orizontal, fracturare în mai multe etape) au încurajat Departamentul de Energie al Statelor Unite (DOE) să inițieze un program de cercetare reînnoit, cunoscut sub numele de FORGE (Observatorul Frontierului). pentru Cercetare în Energie Geotermală) pentru a construi un laborator de teren pentru a testa noi tehnologii care ar permite comercializarea EGS.

Q3. Spuneți-ne despre site-ul proiectului FORGE din Utah și de ce a fost selectat.

DOE a sponsorizat o competiție între cinci locații proeminente EGS din Statele Unite. Acesta a fost ulterior „selectat în jos” pentru site-urile din Fallon, Nevada și Milford, Utah. În 2019, amplasamentul Milford a fost selectat în cele din urmă ca locație pentru laboratorul de teren FORGE (vezi imaginea din partea de sus a postării).

Criteriile de selecție au inclus 1) temperaturi ale rezervorului între 175 și 225 °C (suficient de cald pentru a demonstra conceptele, dar nu atât de fierbinte încât dezvoltarea tehnologiei este împiedicată), 2) la adâncimi mai mari de 1.5 km (suficient de adânc pentru ca dezvoltarea tehnologiei de foraj să fie fezabilă) , 3) rocă cu permeabilitate scăzută (granit la situl FORGE), 4) risc scăzut de inducere a seismicității în timpul operațiunilor, 5) riscuri scăzute de mediu și 6) lipsă de conectare la un sistem geotermal convențional.

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

Partea 2 va continua subiectul abordând următoarele întrebări și răspunsuri:

Î4. Care este proiectarea de bază a puțurilor de injecție și producție?

Î5. Ați putea să rezumați cele trei tratamente de frac în godeul de injecție și rezultatele lor?

Î6. Care este potențialul de aplicare comercială?