地熱発電は、地球の熱を発電し、化石燃料に代替する低炭素のベースロードを提供する持続可能なエネルギー源です。しかし、従来のフラッシュまたはドライスチームサイクルを使用する特に、冷却やその他のプロセスのための水量がかなり必要です。この信頼性は、特に水資源が豊富である水力地域に懸念を上げます。冷却技術、流体管理、および地熱エネルギーの使用を促進し、持続可能な水資源を持続可能なエネルギーを削減するという最近の革新。

地熱発電における水利用の課題

従来の地熱植物は、特に、特に、西部米国、東アフリカ、および東南アジアの部分などの隔離地域に、地域水資源を負担することができる冷却のための水量が多いに依存しています。例えば、湿式冷却塔を使用して典型的な50 MW地熱植物は、米国によると、水域の3.5 ± 0.9 m3 MW - 1 h - 1 h - 1まで消費することができます。エネルギーの部門。カリフォルニアのインペリアルバレーでは、水域の排出がほぼ水と水域の排出が、水域の排出が、水域の排出が増加するにつれて、水域の消費が低下する可能性があります。

水の減少に対する革新的なアプローチ

1. ドライ冷却技術

ドライ冷房システムは、水が蒸気を凝縮するのではなく空気を使用し、大幅に削減する - またはいくつかのケースで - または除去 - 水の消費。空気冷却効率のコンデンサー(ACC)とドライ冷却塔の2つの主なタイプがあります。従来のドライ冷却は、空気の密度と熱容量を削減し、材料と設計の進歩により、熱風力が性能を向上させるために、熱風温度の上昇が少ないが、Nemalamalは、湿式温度の上昇を低減するなどの効果を低減します。例えば、ハイブリッド熱交換体の使用は、湿式温度の上昇を低減するなどの作業を低減します。

2. 製造された液体の注入

多くの地熱植物は、冷地熱流体を貯蔵所に戻し、外部のソースから水離を最小限に抑えます。このクローズドループシステムは、水を節約しだけでなく、資源の寿命を延ばすのに役立ちます。 典型的な再注入率は、生成された塩水の90%を超えるが、損失は、スケーリング、無水沈着、または透過性の問題のために発生することができます。 革新的な再注入技術は、方向注射を使用して、地質的な注入、および地質的な処理を防止するだけでなく、地域の廃棄物を削減するなどの効果が期待できます。

3. 非Potable水源の使用

処理された自治体の排水、洗練された地下水、または油およびガス操作からの水を作り出すことのような非potable水を利用し、淡水のための要求を減らします。このアプローチは、特に水上地域に価値があり、地域水の供給を枯渇することなく持続可能な操作を保証します。米国では、エネルギーの地熱技術事務所の部門は、冷却のための回収された水を使用していくつかのプロジェクトに資金を供給しています。NevadaのDixie Valley地熱植物は、近隣の給水施設から、水上水上水上水上水上水供給を消費するだけでなく、近隣の電力を排出する水上水上から排出するなどの重要な廃棄物を消費します。

4. 高度のバイナリ サイクルおよび超臨界CO2システム

バイナリサイクル地熱プラントは、下沸点で二次作業流体(例えば、イソブタンまたはペンタン)を使用して、すでに閉鎖したループで電力サイクルの最小限の水消費量で作動します。しかし、高度なバイナリ設計は、空気冷却コンデンサーや複合熱と電力(CHP)などの機能を組み込んで、全体的な水効率を改善します。革命的な開発は、地熱を遮断する地熱システム(CO2)の作業流体が、ジオメスターのエネルギーを吸収する可能性があるため、Geo2は、エネルギーを吸収するエネルギーを吸収します。

5. 地熱システム(EGS)の強化と技術の解明

EGSは、通常、貯水池の透過性を作成するために油圧式耐火用水を必要とします。液体CO2や窒素フォームを使用して、耐水強度を低下させるなどの耐衝撃性。例えば、米国DGEのUtah FORGEプロジェクトは、水とゲル添加物の組合せを使用して、フラクチャステージごとの総水使用量を最小限に抑えます。さらに、循環圧の脈動および熱刺激技術は、過度の水注射なしで透磁率を作成することができます。EGSは、水とゲル添加剤の分子量を1〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜5〜

今後の方向性・研究

オンゴイニングリサーチは、ドライ冷却効率の改善、より優れた再注入技術の開発、代替水源の探索に重点を置いています。先進材料(例えば、エアロゲルベースの断熱材、水収集のための金属組織フレームワーク)、機械学習によるデジタル監視、次世代地熱システムなどのイノベーションは、水の使用を最適化し、環境への影響を削減するのに役立ちます。

ドライ冷却効率の向上

研究開発は、デュアルプレッシャーシステム、スプレーアシストドライ冷却、および熱エネルギー貯蔵によるドライ冷却性能を向上し、冷却負荷を冷却する時間を冷却するシフトを冷却するという目標です。DOEの高度なドライ冷却イニシアティブは、地熱プラントと組み合わせた熱貯蔵の実証に資金を供給し、最小限の水を使用して30%の年間出力を有効にします。さらに、太陽光発電駆動チラーは、暑い日の間に空気冷却を増強することができます。

デジタル監視とAIベースの最適化

人工知能アルゴリズムによるインターネット・オブ・シング(IoT)センサーを統合することで、貯水池の状態、流体化学、冷却効率をリアルタイムに監視できます。例えば、GeysersのHornsbyの監視システムは、熱および冷間ゾーンを検出し、蒸気の回復を最大化し、水損失を最小限に抑えるなどの指導を行うために、光ファイバ・オプトイン分散温度センシングを使用しています。機械学習モデルは、スケーリングイベントを予測し、注射スケジュールを調整したり、水シナリオを破壊したりすることなく、水シナリオを破壊したりすることができます。このような水シナリオをシミュレーションしたり、このような作業を中断したり、水を防止したり、水をしたり、水が停止したりすることができます。

先端材料・地質化学

新規の溶媒および膜技術は、地熱蒸気または排気ガスから水を回復することができます。 ローレンス・バークレー国立研究所の研究者は、高温で蒸気から水を抽出できる熱応答ポリマーを開発し、プロセス水の最大90%を潜在的にリサイクルすることができます。 一方、地質化学トレーサーは、正確な再注入管理を可能にする、リザーブイラーの流体の流れをマップするのに役立ちます。 レジカ・スケーリングに抵抗するコーティングは、エネルギーと水の両方を節約するために、井戸の遮断の頻度を削減します。

補完的なアプローチ

もう一つの有望な通路は、作業流体を冷却しながら、排水を生成するために廃棄物熱を使用して、脱塩ユニットと地熱植物を統合しています。 アイスランドのレイクジャンの地熱プラントでのパイロットは、追加のエネルギー入力なしで300 m3/日の新鮮な水の共同生産を達成しました。 同様に、温室加熱や加熱地区などの直接使用用途のための過剰地熱熱を使用して、電力サイクルの冷却負荷が低下し、それにより水消費を下げます。

ドライとハイブリッドの冷却、高度な再射出、非ポタブルな水の使用、およびsCO2システムなどの新興技術の組み合わせにより、地熱産業は、ほぼゼロの水消費に向けて動きます。これらの革新は、地熱発電の持続可能性を向上させるだけでなく、水ストレスの多い領域での展開を可能にし、クリーンで信頼性の高いエネルギーの広大な可能性を秘めています。研究が継続するにつれて、水のない地熱植物が標準になるだけでなく、地球のエネルギーを混合する地熱発電のコーナーをジオザマル植物が、さらに効率的な期待できます。