פיתוח מערכות גיאותרמיות לשיפור גישה לאנרגיה עמוקה

שם מקור: The Gethermal Frontier Beyond Hydrothermal Resources

אנרגיה גיאותרמית כבר הוכרה כבר זמן רב כמקור כוח אמין, נמוך פחמן, אבל אימוץ שלה היה מוגבל היסטורית לאזורים עם מאגרים הידרותרמיים טבעיים - שבו מים חמים או קיטור כבר זורם דרך סלע שניתן להעלות על הדעת.המשט הזה משאיר את הרוב המכריע של אזורי תת-קרקעיים של כדור הארץ, אשר הופכים את חום הגות הגמאליים בלתי-צפוי (EGS) משנים את הפרדיגמה על ידי מאגרים מלאכותיים, בצורות חמות, שנחשבות, ברגע שמבוססות, נחשבות, על ידי מינרלים, באופן בלתי-עולמיות, על-עולמיות, על-מתאים, ברגע שמשתנים, על-עולמיים, על-ידי מינרלים, על-ידי מינרלים, על-עולמיים בעלי-ידי מינרלים, על-ידי מינרלים, על-ידי מינרלים בעלי-ידי מינרלים כימיים, על-ידי מינרלים כימיים, אשר נחשבוריד, על-ידי מינרלים כימיים בעלי-ידי מינרלים כימיים בלתי-ידי מינרלים כימיים, אשר נחשבים, אשר נחשבים, אשר נחשבים לשרירים, באופן בלתי-ידי מינרלים כימיים, באופן בלתי-ידי מינרלים כימיים, אשר נחשבים, אשר אינם נגישים, ברגע שמשתנים, אשר אינם נגישים, אשר נחשבים, אשר נחשבים לחום בלתי-ידי מינרלים כימיים בלתי-

פריצות דרך טכנולוגיות מתקדמות משפרות במהירות את היעילות, הבטיחות והכדאיות הכלכלית של EGS. אלה מבטיח להפוך אנרגיה גיאותרמית ממשאב נישה לתורמים מרכזיים לתערובת האנרגיה המתחדשת של העולם. מאמר זה חוקר את המצב הנוכחי של טכנולוגיית EGS, מדגיש חידושים מרכזיים, ובוד את היתרונות, האתגרים, ואת תחזית העתיד לפתרון אנרגיה טרנספורמטיבי זה.

כיצד לשפר את העבודה של Govermal Systems

בליבתו, טכנולוגיית EGS עוקבת אחר תהליך תלת-שלבי:0 (Dolrilling:0) גירוי מאגר, ומיצוי אנרגיה (FLT:1) הוא קידוח עמוק לתוך הקרום של כדור הארץ - באופן חד-פעמי 2 עד 5 ק"מ - להגיע לסלע חם עם מעל 150 מעלות צלזיוס, בניגוד למערכות גיאות קונבנציונליות קונבנציונליות, הסלע לעתים קרובות בלתי-אפשרי עם מעט חומר טבעי, כדי להתגבר על נוזל זה, כדי לנפץ היטב, או לנפץ את זרימת מים או לנפץ היטב, או לחום, או לנפץ היטב, או לנפץ היטב, או לחום, או לנפץ את זרם אווירומים, או לחום, כדי לנפץ את זרם אווירי, או לנפץ את זרם אווירי, או לחום, או לחום, או לנפץ את זרם אווירומים, או לחום, לאחר מכן, כדי לנפץ מחדש של נוזל חם, כדי לחום עמוק לתוך זרם אווירי, או לכדי זרם מים חמים, או לנפץ מחדש של מים חמים של נוזל עמוק לתוך זרם אווירי, או מנפח מים חמים של נוזל עמוק, או מנפח מחדש, או מנפח מים חמים של מים חמים של מים חמים של נוזל זה, כמו גם מנפח מים

הצלחתו של פרויקט EGS תלויה ביכולת ליצור רשת שבר גדולה ומחוברת ללא גרימת השפעות סביבתיות בלתי מאוישות.זה דורש שליטה מדויקת של לחץ הזריקה, קצב זרימת הדם וכימיה נוזלית - אתגר שחידושים אחרונים פונים אליו.

טכניקות תגמול

גירוי הידרוקולי הוא השיטה הנפוצה ביותר, אבל ההתקדמות בתוספים נוזליים ופרוטוקולים אופניים שיפרו את היעילות.סביבה ידידותי fracturing נוזלים - כגון ג'לים מבוססי מים עם פולימרים ביו-דידלד - לחנך זיהום כימי זיהום כימי לאחר הזרקת Cyclic, שבו הלחץ מוחל ב הדופק ולא ברציפות, יוצר יותר שברים מבוזרים ולהפחית את הסיכון הגדול של משקעים קצרים, במיוחד, יכול להיות לחץ פתוח, או לחץ, במיוחד, לאחר זריקות לטווח ארוך, הוא לחץ, או לחץ, הוא חזק, הוא לחץ, במיוחד, הוא לחץ דם פתוח, או לחץ, הוא חזק, במיוחד, הוא חזק, הוא לחץ, הוא לחץ, הוא חזק, הוא גם כן, הוא לחץ דם פתוח, או משוחרר, 000, 000, הוא חזק, 000, 000, או לחץ, 000, הוא חזק, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, במיוחד, 000, 000, 000, במיוחד, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000

מעקב בזמן אמת ומודל

פרויקטים מודרניים EGS מסתמכים מאוד על ניטור תת-קרקעי כדי להתאים את האופטימיזציה של גירוי ולהבטיח בטיחות. ⁇ מיקרוסוציאל חומרים ניטור זעירים לזהות רעידות אדמה קטנות הנגרמות על ידי fracturing, מתן מפה בזמן אמת של צמיחה שבורה.S-אופטית מבוזרת טמפרטורה ורגישות אקוסטית (DTS/DAS) מודדת טמפרטורה וזן לאורך ה-Rrere, המאפשרת מהנדסים לזהות אשר מקבלים נוזלים וכיצד המאגר מתפתח עם ניתוחים מתקדמים, כדי להתאים את הזרקה, עם מודלים של תאים מתקדמים, כדי לתקן את רמות לחץ דם, וסימולציות, כדי להתאים את רמות.

קידום טכנולוגי חדש

בעשור האחרון, דחתה חבילת חידושים את EGS מהרעיון מחקר לקראת מוכנות מסחרית.ההתקדמות הזו משתרעת על קידוח, גירוי, ניטור, וחומרים מדע.

טכנולוגיות מתקדמות

קידוחים גיאותרמאליים עמוקים הוא אחד המרכיבים היקרים ביותר של פרויקט EGS, לעתים קרובות חשבונאות עבור 40-60 אחוזים של עלויות הכוללות. פריצות דרך האחרונות שואפות להפחית את עלויות קידוח היקפי תוך מתן גישה לצורות עמוקות יותר, חמות יותר.

• (FLT:0) קידוח בכיוון בכיוון: FIRLT:1 למערכות הנעות רוטאריות ומנועי החורב מאפשרים לבארות להיות ממקדמים דיוק גבוה לאזורי שבר ממוקדים, צמצום מספר הבארות הדרושות וממזערים את ההשפעה על פני השטח.
• (FLT:0 ,Plasma ו- לייזר קידוח:FreaLT:1) שיטות ניסיוניות להשתמש פלזמה המיוצרת באופן חשמלי או לייזרים ממוקדים כדי לדחוס ולשחרר רוק, פוטנציאל חיתוך זמן וכלי ללבוש בהשוואה לחתיכות מכניות קונבנציונליות.בדיקות שדה מוקדם להראות הבטחה לסלע קשיח, קריסטל נפוץ במאגרי גיאות.
• (FLT:0) צינורות קידוח ואוויר / קידוח אוויר / mist: 1FLT:1 שימוש באוויר דחוס או לא נכון במקום קידוח בוץ מפחית צריכת נוזלים וטביעה סביבתית, במיוחד באזורים שבהם מים הם בקושי.
• אלקטרוניקה חדשה (FLT:0) אלקטרוניקה גבוהה-טמפרטורה: FLT:1 אלקטרוניקה חדשה המסוגלת לפעול ב-300 מעלות צלזיוס מאפשרת העברת נתונים בזמן אמת ממעט הקידוח, שיפור הערכת הניווט וההיווצרות.

שיפור וחיבור

יצירת רשת שבר פרודוקטיבית שנותרה לחלחל לאורך שנים של פעילות הייתה מכשול מתמשך.

• (FLT:0) גירוי של שלב הגדל:FLT:1 , ⁇ חלקים של באר עם להקות ומגרה כל מרווח יוצר מספר אזורי שבר עצמאיים, להגדיל את שטח החלפת החום הכולל.
• (FLT:0Chemical גירוי:0) 1 החדיר חומצות חלשות או פתרונות אלקליין מתמוסס מינרלים שברים לוגיים, פתיחת נתיבי זרימה ללא צורך בזריקת לחץ גבוה.
• (FLT:0) מעכבי ההיברה: ⁇ 1) כדי למנוע קשקשים מ-Samlica ומשקעים פחמן בצפיפות פני השטח וחילופי חום, מעכבים כימיים חדשים ופרוטוקולי ניקוי תקופתיים פותחו.
• (FLT:0) מיפוי מתפתל: FLT:1 , ערכים סיסמיים פסיביים בשילוב עם מטוה ודלקת התנגדות חשמלית מספקים תמונות ברזולוציה גבוהה של נפח הממריץ, ומאפשר למפעילים לאמת קישוריות בין הזריקה לבין בארות הייצור.

Power Conversion Technologies

המאגרים EGS מייצרים לעתים קרובות מים בטמפרטורות של 150-250 מעלות צלזיוס - נמוך יותר מהמשאבים ההידרורמיים המסורתיים.זה הופך את תחנות הכוח של מחזור בינארי (באמצעות נוזל עבודה משני כמו isopentane או ammonia) שיטת ההמרה המועדפת.

• (FLT:0) חילופי חום מתקדמים: FLT:1havated, קומפקטית צלחת גבוהה מצופה החלפה חום מקטין כוח שואבת טפילטית ושיפור העברת חום.
• (FLT:0) מחזורי CO2IR: השימוש ב- CO2 כנוזל העבודה במקום מים הוצע עבור EGS, כפי ש- CO2 יכול להשיג יעילות תרמית גבוהה יותר ופוטנציאלית לספק הטבות אחסון פחמן.
• (FLT:0)Modular, Scales Power Units:BuildFLT:1) מודולים בקנה מידה קטן (1-5MW) מאפשרים פריסה ממולאת, צמצום דרישות ההון העליון ומאפשר התרחבות מצטברת כמו ביצועי המאגר מאומתים.

היתרונות של מערכות גיאותרמיות משופרות

EGS מציעה חבילה של יתרונות המשלימים מקורות אנרגיה מתחדשים אחרים ולספק ערך ייחודי ליציבות הרשת ולדה-קרבן.

אנרגיה וביטחון

בניגוד לשמש ורוח, כוח גיאותרמאל הוא משלוח ומספק חשמל בסיס עם גורמים קיבולת בדרך כלל מעל 90%. צמחי EGS יכולים לפעול ברציפות, ללא מושפע על ידי מזג אוויר או מחזורים מלאים.אמינות זו הופכת אותם לשלימים מצוינים לאנרגיות מתחדשים לסירוגין, צמצום הצורך באחסון אנרגיה או גיבוי של דלק מאובנים.

ביצועים סביבתיים

EGS מייצרת פליטות גזי חממה מינימליות - באופן זמני פחות מ 50 גרם CO2e/kWh, ולעיתים קרובות נמוך יותר בהשוואה לגז טבעי ( ⁇ 490 גרם/kWh) או פחם ( ⁇ 820 g/kWh) לשימוש בקרקע הוא גם צנוע, כמו רוב תשתיות הוא מתחת לאדמה עם משטח קטן של זרימת נוזלים מצמצם את צריכת המים בהשוואה לצמחים קונבנציונליים, כמו גם שימוש בתעשיית האנרגיה, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם ייבוש, כמו גם סוללת חום, כמו גם סוללת חום או טמפרטורות חום, כמו גם טמפרטורות חום, או טמפרטורות חום.

התרחבות גיאוגרפית

EGS יכול להיות פרוס באופן תיאורטי בכל מקום עם חום מספיק לעומק, הכולל חלקים גדולים של ארצות הברית, אירופה, אסיה ואוסטרליה.זה מרחיב באופן דרמטי את הפוטנציאל לאנרגיה גיאותרמית מעבר לאזורים הפעילים מבחינה טקטית המארחים מערכות הידרותרמיות קונבנציונליות כמו צרפת, גרמניה, בריטניה ויפן חוקרים את EGS כדי לגוון את תיק האנרגיה שלהם.

הזדמנויות כלכליות

שרשרת האספקה של EGS יוצרת תעסוקה ב-Centering שירותים, רכישת נתונים סיסמית, ייצור ציוד מיוחד, ותפעול צמחי.קהילות מקומיות נהנים ממשרות ארוכות טווח, תשלומים מלכותיים, והכנסות המס.כפי שעלויות יורדות, EGS צפוי להפוך לחיובי עלות עם גז טבעי בשנות ה -2020, על פי ניתוחים של משרד האנרגיה של ארה"ב (DOE).

אתגרים ואסטרטגיות מייגציה

למרות הבטחתו, EGS ניצבת בפני כמה מכשולים טכניים ולא טכניים הדורשים המשך החדשנות.

המונחים: seism

הדאגה הנפוצה ביותר היא הסיכון לרעידות אדמה שנגרמו על ידי הזרקת נוזל.בעוד שרוב האירועים הסיסמיים הם מיקרוסיזם (< M2) ולא להרגיש כלום, אירועים גדולים יותר התרחשו בכמה פרויקטים (למשל, בבאזל, שוויץ ב-2006 ופונג, דרום קוריאה ב-2017.

• פרוטוקולי אור אטומיים: FLT1 ניטור בזמן אמת והפחתה אוטומטית של הזריקה אם גודל האירוע עולה על סף מוגדר מראש.
• ניהול:0 (FLT:1) שימוש בלחץ הזרקת מתחת לשבירת היווצרות ולהגדיל בהדרגה את ה ⁇ ולא להפעיל לחץ גבוה פתאומי.
• (FLT:0) עיצוב רשת של רשת: FLT:1, מיפוי מספר שברים קטנים ולא אחד גדול אחד מפחית את גודל האירועים הפוטנציאליים.
• (FLT:0) מניעת תקלות: מיפוי 1: 1 , הערכות סיסמיות אזוריות וסקרים סיסמיתים ברזולוציה גבוהה 3D מסייעות למפעילים להימנע מפגמים לחוצים ביקורתיים.

שימוש במים וניהול

EGS דורש כמויות גדולות של מים לגירוי (בדרך כלל 5,000-20,000 מ"ר לקמפיין גירוי) ומחזור הדם המתמשך (עד 0.5 m3 /kWh) באזורים עקשניים, זה יכול להיות מעצורים. Solutions כוללים שימוש במי פסולת או מים מלוחים, ופיתוח מערכות סגורות שמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמות את צריכת המים הנקייה.

עלויות הון גבוהות וסיכון פיננסי

פרויקטים של EGS דורשים השקעה מקדימה של מאות מיליוני דולרים עבור קידוח וגירוי, ללא ערובה להשגת שיעורי זרימה מספיק או מאגר זמן רב.הסיכון הפיננסי הזה רתיע השקעות פרטיות.ממשלות יכולות לעזור באמצעות מענקים, הבטחת הלוואות, זיכויים מס ומנגנוני שיתוף סיכונים.משרד Gethermal Technologies של DOE מממן אתרי observatory גבולות כמו יוטה GE לפירוק טכנולוגיה ולהגדיל את הידע הבינלאומי, כמו EGEGS.

פרויקטי EGS: Pioneering EGS

פרויקט Fenton Hill EGS (ארה"ב)

ממוקם בניו מקסיקו, פרויקט גבעת פנטון (1970s-1990) היה ה-EGS הראשון בעולם.זה הראה כי סלע גבישי עמוק יכול להיות שבור כדי ליצור מאגר פרודוקטיבי, בעוד הפרויקט השיג את ייצור הכוח במבחנים קצרים, בעיות תפעוליות כמו תנופה מהירה וירידה של אי-נוחות מנע בסופו של דבר מסחר.שיעורים למדו מגבעת פנטון - במיוחד את הצורך עבור מיפוי טוב יותר ופרויקטים - מאוחר יותר.

שם הספר בלועזית: Soultz-sous-Forêts (צרפת)

הפעלה ב-Rine Groen העליון, צמח ה- Soultz EGS כבר מייצרת חשמל מאז 2008, מה שהופך אותו לאחד מתחנות הכוח של EGS הארוך ביותר בעולם.עם יכולת של 1.5 מגה-וואט, הוא מספק כוח לכ-1,500 בתים.הפרויקט אישר גירוי רב-zone והוכיח כי EGS יכול להיות מסחרי בקנה מידה קטן.

פרויקט Deep Gethermal Project (בריטניה)

בקורנווול, יונייטד דאונס מייצגת את אחד מבארות EGS העמוקות בעולם (5.2 ק"מ) הפרויקט מכוון לגרניט עם יכולת טבעית מתונה, והוא ישתמש בגירוי EGS כדי לשפר את קישוריות.זהו הפרויקט הגיאוגרפי הראשון עמוק בבריטניה, שמטרתו 1–3 מגה-MW של כוח.הפרויקט נתקל בעיכובים אך ממשיך לפתח עיצובים מתקדמים המבוססים על נתונים סימטריים 3D.FSeeds: 1.

יוטה פורג'ה (ארה"ב)

מרכז המחקר של Frontier for Research in Gethermal Energy (FORGE) ליד מילפורד, יוטה הוא אתר מחקר ייעודי במימון DOE. זה כולל מספר רב של בארות עמוקות ומכשור ניטור מתקדם. אבני דרך עדכניות כוללות גירוי רב-zone מוצלח באמצעות נוזלים ידידותיים לסביבה, ומבחן מחזור מחזור ארוך שנתי אשר הראה שיעורי זרימה מתמשכת והחלמה של הנתונים ופותחים שפותחו ב-GE משותפים בגלוי כדי להאיץ את ממצאי הפיתוח הגלובליים: 1.

תחזית EGS להשפעה גלובלית

העתיד של מערכות Gethermal משופר הוא בהיר, עם תחזיות המצביעות כי EGS יכול לספק 100 GW או יותר של חשמל עומס בסיס עד שנת 2050 - שווה ערך למאות תחנות כוח גדולות. בקנה מידה זה ידרוש השקעה מתמשכת בטכנולוגיה, הכשרה כוח העבודה ומסגרות רגולטוריות.

ניכוי עלויות

העלות של חשמל EGS נמצאת כיום בטווח של 80–120 דולר ל-MWh, אבל ניתוח ה-GGOVision של DOE צופה ירידה ב- 45-60/MWh עד 2030 עם המשך R&D. Key ל-R.

• (FLT:0) צמצום עלויות: אימוץ של השקיות אוטומטיות, מהירות גבוהה של נוקשות ושיטות פלזמה / אלסאייר יכול לקצץ בעלויות ב-50%.
• (FLT:0) Reservoir longevity:FreaLT:1) שיפור תחזוקה השבירה וניהול המאגר יכול להאריך את חיי הפרויקט מ 20 עד 30 שנים, הפצת עלויות ההון.
• (FLT:0)Standardization: FLT:1 Modular היטב עיצובים, מתכונים לגירוי סטנדרטי, וחבילות ניטור העתקה להפחית את ההנדסה מעל פני פרויקטים חדשים.
• (FLT:0) ייצור: שילוב EGS עם חום שימוש ישיר, מיצוי מינרלים או ייצור מימן יכול ליצור מספר זרמי הכנסות.

שיתוף פעולה בינלאומי ותמיכה במדיניות

אף מדינה אחת לא יכולה לפתור את כל האתגרים הטכניים לבד.ארגונים כמו הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה מתחדשת (IRENA), הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה (IEA) ג'ותרמאל טכנולוגיה שיתוף פעולה תוכנית, ויוזמה של חומרי אנרגיה נקייה מחדשנות מטפחת שיתוף נתונים ומחקר משותף. מדיניות תמיכה, כגון תעריפים של מזון, תקני תיק מתחדשים עם החידושים הגיאוגרפיים-פרטים, ורישיון, היא קריטית לבירתה, כמו מדינות פרטיות, יפן, כמו ארה"ב, ארה"ב, , , , , , , מדינות נוספות.

כלכלות מתפתחות עם פוטנציאל גיאותרמאל גבוה - כמו אינדונזיה, הפיליפינים ומזרח אפריקה Rift מדינות - הופכות יותר ויותר ל-EGS כדי להתגבר על המגבלות של משאבים הידרותרמיים. מנגנוני מימון אקלים בינלאומיים יכולים לשחק תפקיד בפרויקטים ראשונים של חיים ראשונים באזורים אלה.

טכנולוגיות ואינטגרציה

הסינרגיה בין EGS לבין טכנולוגיות אנרגיה אחרות הופכת להיות יותר ברורה:

• (FLT:0)EGS + מימן: 1FLT) שימוש בחום גיאותרמי כדי להניע אלקטרוליטיזה או מחזורים תרמוכימיים לייצור מימן ירוק.
• (FLT:0)EGS + אחסון אנרגיה:FLT:1uing עודף חשמל מתחדש כדי לחמם את המאגר עוד יותר (למשל, באמצעות תנורי חשמל מטה) ולהפיק אותו במידת הצורך, ביעילות יצירת סוללה תרמית.
• (ב) ⁇ :0) ⁇ + מלט: 1FLT: התקדמות טכנית במלטות עתיריות גבוהה וחומרי השקיה טובים משפרים את השלמות והמניעה ההדלה.

מסקנה

מערכות הגותרמיות של EA מייצגות הזדמנות לשינוי משחק לגשת למשאבים החום העמוקים של כדור הארץ, עם התקדמות לאחרונה בתרגול, גירוי המאגר, ניטור, והמרות כוח, EGS נע מהמעבדה למציאות המסחרית, בעוד אתגרים נשארים - במיוחד בניהול הסיסמיטי וצמצום עלויות האנרגיה המתחדשות - מסלול האנרגיה של EGS הוא ברור.