Геотермальная модель дает ключевую информацию об извлечении возобновляемой энергии из сверхгорячих и сверхглубоких горных пород.

Важные новости

Геотермальная модель дает ключевое представление о извлечение возобновляемой энергии из сверхгорячих и сверхглубоких пород

Различные концепции инженерных геотермальных систем, включая новый подход, описанный в недавнем выпуске Geothermal Energy. Фото: Трентон Кладухос, Quaise Energy

Геотермальная энергия из сверхгорячих пород, находящихся в милях под нашими ногами, потенциально может стать основным игроком в энергетическом переходе, но сначала нам необходимо разработать способы не только получить доступ к этим камням, но и извлечь из них тепло. Теперь компьютерная модель проливает свет на последнее, впервые описывая, что происходит, когда горная порода на таких глубинах и при таких температурах подвергается воздействию жидкостей, которые в конечном итоге могут передавать тепло горных пород на поверхность.

По сути, Модель показывает образование микроскопических трещин, создающих плотное «облако проницаемости» по всей пораженной породе. Это контрастирует с гораздо более крупными и меньшим количеством макроскопических трещин, вызванных используемыми сегодня инженерными геотермальными системами (EGS), которые работают ближе к поверхности и при гораздо более низких температурах.

Моделирование с использованием модели, которая сообщалось в журнале Geothermal Energy., «подтвердите, что сверхгорячая система может производить в пять-десять раз больше энергии, чем обычно производится сегодня системами EGS, в течение двух десятилетий», — говорит Трентон Кладухос, вице-президент по разработке геотермальных ресурсов в Quaise Energy.

Кладухос описал модель и важность геотермальных систем сверхгорячих пород в целом 21 мая на Саммите геотермального перехода в Северной Америке. Его доклад назывался «Superhot Rock EGS: методы, проблемы и пути вперед».

Авторы: Сэмюэл Скотт из Института наук о Земле Исландского университета, Алина Яппарова из Института геохимии и петрологии ETH Цюриха, Филипп Вайс из Потсдамского немецкого исследовательского центра геонаук GFZ и Мэтью Хоуд, соучредитель Quaise. .

Энергия сверхгорячего рока

Выступления Кладухоса были сосредоточены на проблемах, связанных с извлечением тепла из глубин земли, где находятся сверхгорячие камни с температурой более 707 градусов по Фаренгейту (375°C). Вода, просачивающаяся через эти области, станет сверхкритической. Эта пароподобная фаза несет в 3–4 раза больше энергии, чем обычная горячая вода, а при подаче по трубопроводу к турбинам на поверхности преобразуется в электричество в 2–3 раза эффективнее.

По данным «Будущего геотермальной энергии», восстановление всего 2% тепловой энергии, хранящейся в горячих породах на глубине от 3 до 10 км [от 2 до 6 миль] ниже континентальной части США, эквивалентно 2000-кратному ежегодному потреблению первичной энергии в США. Исследование, проведенное Массачусетским технологическим институтом в 2006 году, посвященное потенциалу геотермальной энергии в Соединенных Штатах.

Одна из ключевых проблем доступа к этой энергии — просто добраться до нее. Буры, используемые в нефтегазовой промышленности, не рассчитаны на то, чтобы выдерживать экстремальные температуры и давления на многие мили вниз, где находится материнское месторождение геотермальной энергии. Вот почему Quaise работает над совершенно новым способом бурения с использованием энергии миллиметровых волн (родственников микроволн, в которых многие из нас готовят), которая может буквально расплавить и испарить горную породу.

Но бурение сверхгорячих пород — это только первая задача. По словам Кладухоса, отвод тепла — это головоломка, которая по крайней мере так же сложна, как и добраться до него.

Геотермальная модель дает ключевую информацию об извлечении возобновляемой энергии из сверхгорячих и сверхглубоких горных пород

Трехмерная структура геотермальной системы с номинально пластичными породами (NDR-EGS), показывающая распределение давления флюида вокруг геотермального триплета с центрально расположенной инжекторной системой (синий), расположенной между двумя продуктивными интервалами (красный). Результаты показаны через A-1 год и B-10 лет для моделирования с расходом закачки 80 кг/с и максимальной проницаемостью  ~ 10–15 м2. Фото: Геотермальная энергия (2024 г.). DOI: 10.1186/s40517-024-00288-4

Исследователи по всему миру работают над инженерными геотермальными системами, по сути, подземными радиаторами или теплообменниками, целью которых является именно это. Существует множество подходов, разрабатываемых и используемых в этой области такими компаниями, как Eavor и Fervo Energy, но ни один из них не был продемонстрирован при температурах выше 200 oC.

«Если мы действительно хотим, чтобы геотермальная энергия Чтобы изменить правила игры, нам придется работать при сверхвысоких температурах или выше 375°C», — говорит Кладухос.

Но мало что известно о том, что происходит, когда сверхгорячая порода на большой глубине подвергается воздействию холодной воды, закачиваемой с высокой давление.

Новое понимание

В настоящее время существуют три общие концепции того, как добывать геотермальную энергию ближе к поверхности или на глубине примерно двух миль. К ним относятся системы с замкнутым контуром, основанные на ряде горизонтальных подземных труб, соединяющих две скважины.

Вода, закачанная из одной скважины, проходит по этим трубам, забирает энергию из породы, а затем возвращается на поверхность через вторую скважину. Именно такой подход использует Eavor. Другая концепция предполагает соединение двух горизонтальных скважин системой из сотен искусственных трещин. Именно такой подход использует компания Fervo Energy.

Модель, описанная Кладухосом на саммите по переходу к геотермальной энергии, а неделю спустя на семинаре Целевой группы по чистому воздуху «Преодоление пробелов: развитие энергетики сверхгорячих горных пород» в Исландии, представляет собой новая концепция использования геотермальной энергии, в которой основное внимание уделяется тому, что может произойти, если холодная вода закачивается в сверхгорячие и сверхглубокие условия.

Введите микротрещины. «Идея состоит в том, что вы соединяете скважины через большое «облако» проницаемости, а не через конкретные, гораздо более крупные трещины», — говорит Кладухос. «Так что это скорее диффузная связь, чем локальная».

Модель основана на том, что мы знаем об изменении формаций в этих экстремальных условиях. Подумайте об огромных открытых карьерах оранжевых пород, из которых добывают медную и золотую руду. Она также основана на испытаниях в Японии, которые показали, что в аналогичных условиях в лаборатории образуются микротрещины. Последняя работа была опубликована в прошлом году в статье Geothermal Energy.

Что дальше

Кладухос отмечает, что модель, которую Скотт и его коллеги продолжают совершенствовать, «поможет направлять будущие испытания сверхгорячих пород в полевых условиях». Куэйз намерен сделать именно это в течение следующего года или двух на таком месте, как вулкан Ньюберри в центральном Орегоне, где сверхвысокие температуры могут быть достигнуты на меньших глубинах.

Он заключает: «Это модель. Мы не знаем, будет ли проницаемость из-за микротрещин достаточной для соединения двух скважин в реальном мире. Теперь нам нужно проверить ее и другие концепции разрыва сверхвысокой температуры в полевых условиях. В конечном итоге может потребоваться гибридный подход, включающий плоские трещины, естественные трещины и микротрещины».

Дополнительная информация: Сэмюэл Скотт и др., Гидрологические ограничения потенциала расширенных геотермальных систем в пластичной коре, Геотермальная энергия (2024). DOI: 10.1186/s40517-024-00288-4 Предоставлено Geothermal Transition Summit

Новости сегодня

Последние новости