مقدمه: مرز بعدی در انرژی زمین گرمایی

تقاضای جهانی برای تمیز، برق پایه همچنان رو به افزایش است، زیرا کشورها متعهد به کاهش شبکه های انرژی خود هستند، در حالی که خورشیدی و باد بر سرفصل ها تسلط دارند، انرژی زمین گرمایی یک مزیت منحصر به فرد را ارائه می دهد: تولید برق سازگار مستقل از آب و هوا، Hot Dry Rock (HDR) سیستم های که اغلب به عنوان سیستم های پیشرفته انرژی (در حال حاضر) استفاده می کنند، می تواند یک سیستم های آب گرم را باز کند.

سیستم های Hot Dry Rock (HDR) چیست؟

سیستم های سنگ خشک گرانیت عمیق یا شکل گیری های سنگ متامورفیک را هدف قرار می دهند که به دما بین 150 درجه سانتیگراد و 300 درجه سانتیگراد می رسند اما کمبود منافذ طبیعی یا محتوای مایع سنتی زمین گرمایی به مخازن هیدروترمال طبیعی متکی هستند - جیب های زیرزمینی آب گرم یا بخار، این موارد نادر هستند، اغلب در نزدیکی مرزهای صفحه پلی تکنیک HDR قرار دارند که این محدودیت را با ایجاد یک مخزن خشک از طریق تحریک سنگ هیدرولیک دور می کنند.

مفهوم اصلی ساده است: حفاری عمیق به سنگ گرم، ایجاد شکستگی های متصل، گردش آب از طریق آنها برای جذب گرما، و مایع گرم به سطح برای هدایت توربین ها.از آنجا که HDR به طور بالقوه می تواند در هر نقطه با شیب دمای زیر سطح کافی کار کند، آن را به طور گسترده گسترش می دهد دسترسی جغرافیایی از انرژی زمین گرمایی.

چگونه سیستم های ژئوترمال HDR کار می کنند

مرحله 1: انتخاب سایت و حفاری

این فرآیند با بررسی های زمین شناسی برای شناسایی سنگ داغ در عمق های قابل حفاری آغاز می شود - به طور معمول 3 تا 6 کیلومتر بازتاب Seismic و نظرسنجی های مغناطیسی به نقشه جریان گرمای زیر سطح کمک می کند. دو چاه حفاری می شوند: تزریق به خوبی و پیشرفت های اخیر در فن آوری حفاری، مانند مته های دوار و ابزار بالا کاهش دما، زمان و رسیدن به عمق این عمق کاهش یافته است.

مرحله دوم: ایجاد شبکه Fracture

هنگامی که چاه ها به شکل گیری سنگ هدف می رسند، سنگ تحریک می شود تا مبدل های جانبی ایجاد کند (FLT 2: 1) این با تزریق آب سرد در فشار بالا به عنوان سطوح خشن از یک اسلاید دیگر به دست می آید - یک فرایند شناخته شده به عنوان (FLT:0 تحریک سنگ هیدرلولیک [FLT 1: 1] انتقال لرزه و خود-پروپ به عنوان سطوح خشن یک اسلاید دیگر، ایجاد مسیرهای جریان فشار ضروری است.

مرحله 3: گردش و استخراج گرما

پس از ایجاد یک شبکه شکستگی کافی، آب به طور مداوم گسترش می یابد، آب سرد تزریق می شود، گرم می شود، زیرا از طریق سنگ شکسته داغ حرکت می کند و از طریق تولید به سطح بازگردانده می شود. دمای آب ممکن است به 150-250 درجه سانتیگراد برسد، آب گرم از طریق مبدل حرارتی عبور می کند، رانندگی یک نیروگاه برق (FLT:0binary Power Plant - استفاده از یک نقطه آب سرد (به حداقل رساندن آب باز).

مرحله 4: تولید برق و بهره برداری

بسته به دمای منابع، سیستم های HDR می توانند برق تولید کنند، حرارت مستقیم برای سیستم های گرمایش منطقه ای یا هر دو در حالت نسل مشترک تولید برق از HDR به طور معمول از توربین های چرخه ارگانیک رتبه بندی (ORC) استفاده می کنند که در دمای متوسط کارآمد هستند. : بهره وری انرژی از یک گیاه HDR به خوبی طراحی شده می تواند از 20٪ از نرخ های حرارتی تا 95٪ قابل مقایسه با مقیاس های معمول.

مزایای کلیدی انرژی گرم سنگ خشک

پتانسیل نامحدود

برخلاف سوخت های فسیلی یا منابع هیدروترمال، HDR از گرمای پوسته زمین ترسیم می کند. آژانس بین المللی انرژی (IEA) یادآور می کند که EGS می تواند 10 درصد از برق جهانی را تا 2050 تامین کند [FLT 1 اگر موانع تکنولوژیکی برطرف شود، منبع اساساً در مقیاس های انسانی غیر قابل استفاده است.

قابلیت اطمینان Baseload

نیروگاه های برق HDR می توانند 24/7، تحت تاثیر هوا یا چرخه های دیال عمل کنند.این قابلیت بارگذاری پایه مکمل های تجدید پذیر متناوب و کاهش نیاز به ذخیره سازی یا پشتیبان گیری نیروگاه های فسیلی با مدیریت دقیق مخزن، یک میدان HDR واحد می تواند قدرت پایدار را برای 30 تا 50 سال تولید کند.

اثر کوچک Environmental Footprint

در مقایسه با زغال سنگ یا گاز طبیعی، HDR مقدار ناچیز CO2. زمین را منتشر می کند - به طور معمول 1 -2 هکتار در هر مگاوات، در مقایسه با 10+ هکتار برای تزریق خورشیدی یا باد.

انعطاف پذیری جغرافیایی

HDR می تواند در مناطق دور از مرزهای اسکلتی مستقر شود، به عنوان مثال، پروژه Hot Rock Hot Rock در انگلستان ، پروژه ی EGS موفق در نوادا نشان می دهد [FLT3] در فرانسه، و Deert Peaks پروژه ی EGS موفقیت آمیز [F5] در نوادا.

چالش های فعلی در برابر تکنولوژی HDR

هزینه های بالا و ریسک مالی

چاه های عمیق حفاری گران هستند - اغلب 5 تا 15 میلیون دلار در هر چاه. [۱] خطر اتصال ضعیف، خنک کننده زودرس یا زلزله ناشی از سرمایه گذاری خصوصی را متوقف می کند. بودجه دولتی و مکانیسم های تقسیم ریسک برای پروژه های اولیه مرحله ای حیاتی هستند. [۱] وزارت انرژی ایالات متحده FORGE (برنامه ریزی شده برای تحقیقات در زمینه انرژی گرمایی) [۳] مثال حمایت عمومی از یک بخش انرژی است.

عدم توانایی در Induced Seismicity

تحریک هیدرولیک می تواند باعث زلزله های کوچک شود، اکثر آنها غیرقابل قبول هستند، اما رویدادهای بزرگتر رخ داده است، مانند زلزله بازل 2006 در سوئیس (M3.4) که منجر به لغو پروژه شده است. نظارت پیشرفته و پروتکل های تزریق سازگار - جایی که آستانه های لرزه ای نرخ تزریق را دیکته می کنند - برای کاهش خطر توسعه یافته است.

استفاده از آب و از دست دادن مایع

اگرچه آب بازیافت می شود، برخی از آنها به شکستگی از دست می رود، اما آب آرایش می تواند یک مسئله باشد. جایگزین هایی مانند CO2 فوق بحرانی به عنوان مایع کار می کنند. تحت بررسی برای کاهش تقاضا آب و افزایش میزان استخراج گرما هستند.

دمای و عدم تعادل تجاری

درجه حرارت بالاتر بهره وری را بهبود می بخشد، اما افزایش سختی حفاری و خوردگی، ایجاد شبکه های شکسته یکنواخت بدون کانال - جایی که آب از طریق چند مسیر بزرگ جریان می یابد، دور زدن بیشتر سنگ - یک چالش مهندسی مداوم با استفاده از شبکه های عصبی و تصویربرداری میکرویسمی کمک می کند تا تحریک بهینه سازی شود.

پروژه های آزمایشی جهانی و پروژه های تحقیقاتی Milestones

Fenton Hill، ایالات متحده آمریکا (آزمایشگاه ملی لوموس)

اولین آزمایش HDR (1970s-1990) در Fenton Hill، نیومکزیکو ثابت کرد که گرما می تواند از گرانیت خشک داغ استخراج شود، آن را به گردش و دما بیش از 180 درجه سانتیگراد، ایجاد اثبات مفهوم.

نام بازی Soultz-sous-Forêts, France

پروژه سنگ خشک اروپا در Soultz-sous-Forêts (منطقه آلساtian) یکی از عمیق ترین مخازن EGS (5000 متر، 200 درجه سانتیگراد) را توسعه داد که با موفقیت کار کرده است، تولید برق و نشان دادن پایداری بلند مدت از سال 2008.

تظاهرات Coso EGS، کالیفرنیا

بخشی از برنامه زمین گرمایی نیروی دریایی ایالات متحده، Coso نشان داد که تحریک افزایش یافته می تواند خروجی را از زمینه های هیدروترمال موجود افزایش دهد و شکاف بین فن آوری های متعارف و HDR را برطرف کند.

تحقیقات مداوم: FORGE و DEEPEGS

سایت در یوتا (Milford) یک مرکز تست اختصاصی برای تکنیک های تحریک جدید، تشخیص پیشرفته و روش های حفاری اروپا (FLT:2DEEPE (Deployment of Deep Enhanced Geoblod) فراهم می کند پروژه در ایسلند و کاوش در حال بررسی تولید فوق بحرانی است - 1074DEEPE (Dloyment of Deep Enhanced Heat System) می تواند به خوبی قدرت را به دست آورد.

آینده آینده: Super Critical HDR و Hybrid Systems

مرز بعدی ] HDR فوق بحرانی است، جایی که آب در فشار و دما بالاتر از نقطه بحرانی (374°C، 22.1 psi psi) تحت این شرایط گسترش می یابد، آب به عنوان یک مایع تک فاز با ظرفیت استثنایی گرما-کارداری در کار اولیه در [F:2Iceland پروژه حفاری عمیق (IDF) با موفقیت کاهش می یابد.

یک جهت امیدوار کننده دیگر استقرار فشرده - ساخت HDR با گیاهان حرارتی خورشیدی برای حفظ خروجی برق پایدار، یا استفاده از HDR برای پیش از حرارت آب در نیروگاه های زغال سنگ، بهبود بهره وری و کاهش فن آوری های حفاری پیشرفته (به عنوان مثال، غیر متخلخل، پلاسما، حفاری لیزر) و مدیریت هوش مصنوعی در نزدیکی افق نزدیک است.

نتیجه گیری: یک عنصر Vital از مخلوط انرژی پاک

سیستم های زمین گرمایی سنگ خشک یک منبع انرژی عظیم و بی دست ارائه می دهند که می تواند برق و گرمای قابل اعتماد، کم کربن را فراهم کند، در حالی که موانع فنی و اقتصادی باقی مانده است، تحقیقات پایدار و پروژه های آزمایشی در سراسر جهان نشان داده اند که HDR / EGS بیش از یک مفهوم نظری است - این یک تکنولوژی در حال ظهور با نوآوری مداوم و چارچوب های سیاست حمایتی است، HDR می تواند یک شبکه جهانی انرژی قابل توجه را در نیمه عمر خود به اشتراک بگذارد و در انتظار آن باشد.

[در این باره] [و [از این رو] بیشتر بخوانید: [[۱]