Жетілдірілген геотермалдық жүйе төмен көміртекті энергияны өндіру үшін мұнай және газ технологиясын пайдаланады. 1-бөлім.

АҚШ Энергетика министрлігі (DOE) FORGE деп аталатын жобаны қаржыландырды, онда ыстық гранитті тау жыныстары бұрғыланады және мұнай мен газдың үздік технологиясын қолдана отырып, сындырылады. Жалпы мақсат - бір ұңғымаға айдалған суды гранит арқылы айналдыруға және электр энергиясын өндіретін турбиналарды қозғау үшін екінші ұңғыманы айдамас бұрын қыздыруға болатынын көру.

Джон МакЛеннан, Юта университетінің химиялық инженерия бөлімі, осы DOE жобасының негізгі зерттеушісі. Осы тақырып бойынша вебинар презентациясы NSI 6 жылдың 2022 сәуірінде демеушілік жасады: Фrontier геотермалдық энергияны зерттеу обсерваториясы (FORGE): жаңарту және болашаққа көзқарас

Төменде Джон МакЛеннанға қойылған сұрақтар мен оның жауаптары берілген.

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

1-тоқсан. Сіз геотермальды энергияның қысқаша тарихын бере аласыз ба?

Италиядағы Лардереллодағы алғашқы жұмыстан бастап, 1900 жылдардың басында геотермалдық энергия (электр өндіру және тікелей пайдалану үшін) орнатылған энергияға дейін кеңейді. электр өндіру қуаты 15.6 ГВт (ГигаВт электр энергиясы) 2021 жылы. Пайдалану жаһандық – дүние жүзіндегі 25-тен астам ел. Дегенмен, бөлу әлі де әлемдік энергетикалық қоржынның шағын бөлігі болып табылады. Осы жаһандық таралуды қарастыратын болсақ, шартты түрде геотермалдық энергия плиталар шекараларына, жанартауларға және т.

Құрама Штаттарда ең үлкен орнатылған геотермиялық электр өндіру қуаты бар, одан кейін Индонезия, Филиппин, Түркия, Жаңа Зеландия, Мексика, Италия, Кения, Исландия, Жапония. Америка Құрама Штаттарындағы осы операциялардың ішінде геотермалды энергия өндіретін ұңғымалар орташа есеппен 4-6 МВт болуы мүмкін. Әдеттегідей, 392°F (200°C) температурада және 9 соққы/мин (378 г/мин) жылдамдықта ағып, 1 МВт ретімен Америка Құрама Штаттарында 759-1000 үйге қызмет көрсетуі мүмкін.

Геотермалдық электр станцияларының өлшемдері әртүрлі, бірнеше ұңғымалардан (кейбіреулері 50 МВт-қа дейін өндіреді) көптеген ұңғымаларға дейін. «Гейзерлер, ..., әлемдегі ең үлкен геотермалдық электр станцияларының кешені. АҚШ-тағы ең ірі геотермиялық электр энергиясын өндіруші Calpine компаниясы Гейзерлерде шамамен 13 мегаватт электр қуатын құрайтын 725 электр станциясына иелік етеді және жұмыс істейді, бұл 725,000 XNUMX үйді немесе Сан-Франциско көлеміндей қаланы қуаттандыруға жеткілікті.

2-тоқсан. Жетілдірілген геотермиялық жүйелер дегеніміз не және фрекинг қайда қолданылады?

Шамамен елу жыл бұрын Los Alamos Scientific Laboratories (қазіргі LANL) ғалымдары мен инженерлері Жетілдірілген геотермиялық жүйелер (EGS) тұжырымдамасын ойластырған болатын. Ол кезде бұл тұжырымдама ыстық құрғақ рок (HDR) ретінде белгілі болды. Әдістердің бірі айдау ұңғысын және пайдалану ұңғымасын бұрғылау және оларды өзара байланыстыратын сынықтарды жасау болып табылады. Бұл сынықтар жылу алмастырғыш ретінде қызмет етеді - автомобильдегі радиатор сияқты.

Бұл жабық жүйеде жұмыс сұйықтығы ретінде су пайдаланылады (су жоғалмайды). Суық сұйықтық бір ұңғымаға енгізіледі. Ол жарықтар арқылы өтеді және осылайша ыстық жыныстан жылу алады. Бұл ыстық сұйықтық дублеттегі екінші ұңғыма арқылы жер бетіне шығарылады. Жер бетінде қыздырылған сұйықтықты буға жіберуге немесе турбинаны, содан кейін генераторды басқару үшін органикалық Rankine циклінің қондырғысынан өтуге болады. Жылу шығарылған су қайта айналымға жіберіледі.

Бұл дұрыс идея болғанымен, оның тұжырымдамасынан бастап елу жыл бойы табысқа жетуге кедергі болды. Бүкіл әлемде ғылыми табысқа қол жеткізген көптеген жобалар болғанымен, коммерциялық мақсатқа қол жеткізілмеді және бұл ұшқыштарда электр өндіру ~1 МВт-тан аспады.

Алайда АҚШ-та ресурс маңызды. Америка Құрама Штаттарының батысында 519 15,000-нан 20,000 XNUMX футқа дейінгі бұрғылау тереңдігінде бағалаулар XNUMX ГВт құрайды. Мұнай өнеркәсібіне бейімделген заманауи бұрғылау технологиясы бұл бұрғылауды мүмкін етеді. Көлденең ұңғымаларды бұрғылауға және осы ұңғымалар бойында көптеген гидравликалық сынықтарды жасауға мүмкіндік беретін әзірлемелермен бірге (әрбір сыну жылу алмасу үшін айтарлықтай беттік ауданды қамтамасыз етеді деп елестетіңіз) және Жетілдірілген геотермиялық жүйелерді іске асыруға болады.

Гидравликалық жару арқылы сыну жүйесін құру негізгі элемент болып табылады. Бұл жаңалық емес. Ол EGS үшін алғаш рет Лос-Аламос ұлттық зертханалары жасаған алғашқы әзірлемелер кезінде Нью-Мексикодағы Джемез-Кальдерадағы Fenton Hill алаңында сыналған. Айта кету керек, 1983 жылдың желтоқсанында екі ұңғыманы қосу әрекеті үшін бір үлкен гидравликалық сынық (қазіргі заманғы бағытталған бұрғылау оңай қолданылғанға дейін). Бұл гидравликалық ынталандыруда үйкеліс азайтқышы қосылған 5.7 миллион галлон су шамамен 50 2100 psi-ге дейінгі ұңғымадағы қысымда 12,000 соққы/минутына (минутына XNUMX галлон) дейін айдалды. СаСО-ның ұсақ бөлшектері₃ сұйықтықтың жоғалуын бақылау үшін қосылды (сыну жүйесін жеңілдету үшін).

Фентон Хиллден, дүние жүзіндегі басқа сайттардан және өндірудің басқа салаларындағы технологиялардан алынған сабақтар (көлбеу және көлденең бұрғылау, көп сатылы жару) Америка Құрама Штаттарының Энергетика министрлігін (DOE) FORGE (Шекара обсерваториясы) деп аталатын жаңартылған зерттеу бағдарламасын бастауға шақырды. Геотермалдық энергияны зерттеу үшін) EGS коммерциялануына мүмкіндік беретін жаңа технологияларды сынау үшін далалық зертхана салу.

3-тоқсан. Ютадағы FORGE жобасының сайты және оның неліктен таңдалғаны туралы айтып беріңіз.

DOE Америка Құрама Штаттарындағы бес көрнекті EGS орындары арасындағы байқауға демеушілік жасады. Бұл кейіннен Невада, Фэллон және Милфорд, Ютадағы сайттарға «төмен таңдалды». 2019 жылы Милфорд алаңы, сайып келгенде, FORGE далалық зертханасының орны ретінде таңдалды (хабарламаның жоғарғы жағындағы суретті қараңыз).

Таңдау критерийлері: 1) 175 және 225°C аралығындағы қабат температурасы (концепцияларды дәлелдеу үшін жеткілікті ыстық, бірақ технологияның дамуына кедергі келтіретіндей ыстық емес), 2) 1.5 км-ден астам тереңдікте (бұрғылау технологиясын әзірлеу мүмкін болатындай тереңдікте) , 3) төмен өткізгіштігі бар тау жынысы (FORGE алаңындағы гранит), 4) жұмыс кезіндегі сейсмикалық индукциялық тәуекелдің төмендігі, 5) төмен экологиялық тәуекелдер және 6) кәдімгі геотермиялық жүйеге қосылмауы.

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

2-бөлім келесі сұрақтар мен жауаптарды қарастыру арқылы тақырыпты жалғастырады:

4-тоқсан. Айдау және өндіру ұңғымаларының негізгі конструкциясы қандай?

5-тоқсан. Сіз инъекциялық ұңғымадағы үш frac емдеуді және олардың нәтижелерін қорытындылай аласыз ба?

Q6. Коммерциялық қолданудың әлеуеті қандай?