En verstäerkte Geothermiesystem benotzt Ueleg- a Gastechnologie fir Low-Carbon Energie ze minen. Deel 1.

Den US Department of Energy (DOE) huet e Projet finanzéiert mam Numm FORGE wou waarme Granit Fiels mat der beschter Ueleg- a Gastechnologie gebohrt a frackéiert gëtt. En allgemengt Zil ass et ze kucken ob Waasser, dat eng Brunn erofgepompelt gëtt, duerch de Granit zirkuléiert ka ginn an erhëtzt gëtt ier en eng zweet Brunn opgepompelt gëtt fir Turbinen ze fueren déi Stroum generéieren.

Den John McLennan, Department of Chemical Engineering, University of Utah, ass de Co-Haaptenquêteur fir dësen DOE Projet. Eng Webinar Presentatioun iwwer dëst Thema gouf vum NSI de 6. Abrëll 2022 gesponsert: Frontier Observatoire fir Fuerschung an Geothermieenergie (FORGE): En Update a Lookahead

Folgend sinn Froen dem John McLennan gestallt a seng Äntwerten.

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

Q1. Kënnt Dir eng kuerz Geschicht vun der geothermescher Energie ubidden?

Vun fréi Aarbecht um Larderello an Italien, am fréien 1900s, huet geothermesch Energie (fir elektresch Generatioun an direkt Notzung) op eng installéiert erweidert. elektresch Generatiounskapazitéit vu 15.6 GWe (GigaWatts vun Elektrizitéit) an 2021. D'Notzung ass global - méi wéi 25 Länner weltwäit. Allokatioun ass awer nach ëmmer e klengen Deel vum Weltenergieportfolio. Wann Dir dës global Verdeelung kuckt, ass d'Geothermieenergie konventionnell limitéiert op no-Uewerfläch Ausdrock vun erhiewte Temperaturen, sou wéi bei Plackgrenzen, Vulkaner, etc.

D'USA hunn déi gréissten installéiert geothermesch elektresch Generatiounskapazitéit, gefollegt vun Indonesien, Philippinnen, Tierkei, Neiséiland, Mexiko, Italien, Kenia, Island, Japan. Vun dësen Operatiounen an den USA, Brunnen, déi geothermesch Energie produzéieren, kënnen duerchschnëttlech 4 bis 6 MWe produzéieren. Als Daumenregel, bei 392 ° F (200 ° C) a fléissend bei 9 bpm (378 gpm), op der Uerdnung vun 1 MWe kënne generéieren, vläicht 759 bis 1000 Haiser an den USA servéieren.

Geothermesch Kraaftwierker variéieren an der Gréisst, vun e puer Brunnen (e puer produzéieren bis zu 50 MWe) bis vill Brunnen. "D'Geyser, ..., ass de gréisste Komplex vu geothermesche Kraaftwierker op der Welt. De Calpine, de gréisste geothermesche Stroumproduzent an den USA, besëtzt a bedreift 13 Kraaftwierker bei The Geysers mat enger Nettogeneratiounskapazitéit vu ronn 725 Megawatt Elektrizitéit - genuch fir 725,000 Haiser oder eng Stad der Gréisst vu San Francisco z'entwéckelen.

Q2. Wat sinn verstäerkte geothermesch Systemer, a wou gëtt Fracking ugewannt?

Viru ronn fofzeg Joer gouf d'Konzept vun Enhanced Geothermal Systems (EGS) vu Wëssenschaftler an Ingenieuren an de Los Alamos Scientific Laboratories (elo LANL) virgesinn. Deemools war d'Konzept als Hot dry Rock (HDR) bekannt. Eng Methodik ass eng Injektiounsbrunn an eng Produktiounsbrunn ze bueren an d'Frakturen ze kreéieren déi se verbannen. Dës Frakturen déngen als Wärmetauscher - sou wéi de Heizkierper an engem Auto.

Waasser gëtt als Aarbechtsflëssegkeet an dësem zouene System benotzt (Waasser gëtt net verluer). Kale Flëssegkeet gëtt an enger Brunn injizéiert. Et geet duerch d'Frakturen a kritt doduerch Hëtzt vum waarme Fiels. Dës waarm Flëssegkeet gëtt op d'Uewerfläch duerch déi zweet Brunn am Dublet produzéiert. Op der Uewerfläch kann déi erhëtzt Flëssegkeet op Damp geflitzt ginn oder duerch eng organesch Rankine Zyklus Planz lafen fir eng Turbin an duerno e Generator ze fueren. D'Waasser, mat der Hëtzt erausgeholl, gëtt recirkuléiert.

Och wann et eng gutt Iddi ass, gouf den Erfolleg fir déi fofzeg Joer zënter senger Konzeptioun gestéiert. Wärend et e puer Projete ronderëm d'Welt goufen, mat wëssenschaftleche Succès, ass d'Kommerzialitéit net erreecht ginn an d'elektresch Generatioun bei dëse Piloten huet net ~1 MWe iwwerschratt.

An den USA ass d'Ressource awer bedeitend. Am westlechen USA sinn Schätzungen 519 GWe bei Buerdéiften vu manner wéi 15,000 bis 20,000 Fouss. Modern Buertechnologie, adaptéiert aus der Pëtrolsindustrie mécht dës Bueraarbecht machbar. Koppel dat mat Entwécklungen déi et erlaben horizontal Wellen ze bueren an eng Villfalt vun hydraulesche Frakturen laanscht dës Wellen ze kreéieren (stellt Iech vir datt all Fraktur bedeitend Uewerfläch fir Wärmetaustausch ubitt) an Erweidert Geothermiesystemer si machbar.

D'Schafe vum Fraktursystem duerch hydraulesch Frakturéierung ass e Schlësselelement. Dëst ass net nei. Et gouf fir d'éischt fir EGS um Fenton Hill Site an der Jemez Caldera zu New Mexico probéiert, wärend fréi Entwécklunge vun de Los Alamos National Laboratories. Opgepasst, ass eng grouss hydraulesch Fraktur am Dezember 1983 gepompelt fir ze versichen zwee Wellen ze verbannen (ier modern Richtungsbueren einfach applizéiert gouf). An där hydraulescher Stimulatioun goufen 5.7 Millioune Gallonen Waasser mat dobäi Reibungsreduzéierer mat bis zu 50 bpm (2100 Gallonen pro Minutt) bei Downhole Drock bis zu ongeféier 12,000 psi gepompelt. Fein Partikele vu CaCO₃ goufen fir Flëssegkeetsverloscht Kontroll bäigefüügt (fir de Fraktursystem ze vereinfachen).

D'Lektioune geléiert vu Fenton Hill, anere Site ronderëm d'Welt, an Technologien aus aneren Extraktiounsindustrie (schréiegt an horizontal Bueraarbechten, Multistage Fracturing) encouragéiert den US Department of Energy (DOE) en erneiert Fuerschungsprogramm bekannt als FORGE (Frontier Observatory) ze initiéieren. fir Fuerschung an der Geothermieenergie) fir e Feldlaboratoire ze bauen fir nei Technologien ze testen déi d'Kommerzialiséierung vun EGS erlaben.

Q3. Sot eis iwwer de Site vum FORGE Projet zu Utah a firwat et ausgewielt gouf.

Den DOE huet e Concours ënner fënnef prominent EGS Locations an den USA gesponsert. Dëst gouf duerno "down-ausgewielt" op Siten zu Fallon, Nevada, a Milford, Utah. Am Joer 2019 gouf de Milford Site schlussendlech als Standuert vum FORGE Feldlaboratoire ausgewielt (kuckt Bild uewen um Post).

D'Critèrë fir d'Selektioun enthalen 1) Reservoirtemperaturen tëscht 175 an 225 ° C (waarm genuch fir Konzepter ze beweisen awer net sou waarm datt d'Technologieentwécklung behënnert gëtt), 2) bei Déiften méi wéi 1.5 km (déif genuch datt d'Buertechnologie Entwécklung machbar ass) , 3) niddereg Permeabilitéit Rock (Granit op der FORGE Site), 4) niddereg Risiko vun inducing seismicity während Operatiounen, 5) niddereg Ëmwelt- Risiken, a 6) keng Verbindung zu engem konventionell geothermesch System.

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

Deel 2 wäert d'Thema weiderféieren andeems Dir déi folgend Froen an Äntwerten adresséiert:

Q4. Wat ass de Basisdesign vun den Injektiouns- a Produktiounswellen?

q5. Kënnt Dir déi dräi Frac Behandlungen an der Injektioun gutt zesummefaassen an hir Resultater?

Q6. Wat ass de Potenzial fir kommerziell Uwendung?