Table of Contents

Вступ: Наступний Frontier в геотермічної енергії

Глобальний попит на чисту, базову електроенергію продовжує підніматися як нації, які координують свої енергетичні сітки. Під час сонячних і вітрових переважають головки, геотермальна енергія пропонує унікальну перевагу: послідовне виробництво електроенергії незалежно від погоди. Серед геотермальних технологій Hot Dry Rock (HDR) системи—зазначено як розширені геотермальні системи (EGS)—представлять трансформаційне леп. На відміну від звичайних гідротермальних резервуарів, які вимагають природної гарячої води і перезнімного скла, технологія HDR може розблокувати величезну теплову енергію, що зберігаються в гарячих, що непроникні джерела енергії, що знайшли практично всюди.

Які системи Hot Dry Rock (HDR)?

Гарячі системи сухого скла ціглиб граніту або метаморфних порід, які досягають температури між 150 ° C і 300 ° C, але не мають природного пористості або рідкого вмісту. Традиційні геотермальні рослини спираються на природні гідротермальні резервуари—підземні кишені гарячої води або пари. Це рідкісні, часто розташовані поблизу тектонічних пластин. Технологія HDR охоплює це обмеження, створюючи штучний резервуар в сухому скелі через гідравлічне стимулювання.

Основна концепція проста: свердлити глибоко в гарячу породу, створити взаємозв'язані переломи, циркулювати воду через них, щоб поглинати тепло, і принести нагрів рідини до поверхні для приводних турбін. Оскільки HDR може потенційно працювати в будь-якій точці з достатнім рівнем температури під тиском, вона значно розширює географічний досягне геотермічної потужності. У.С. Департамент енергетичних оцінок, які EGS може забезпечити понад 100 ГВт економічно життєздатної потужності в США тільки .

Як працює HDR геотермальні системи

Етап 1: Вибір сайту та свердління

Процес починається з геологорозвідувальних робіт для виявлення гарячого скеля на буроваглибини—типово 3 до 6 кілометрів. Сейсмічна рефлексія і магнітні дослідження допомагають карті теплового потоку підсерфінгу. Дві свердловини бурять: добре впорскування і виробництво. Останні досягнення в технології буріння, такі як гібридні ротаційні бурильні і високотемпературні отворні інструменти, скорочуються час і вартість досягання цих глибин.

Етап 2: Створення мережі Факту

Після досягнення свердловини, що досягають цільової породи, скеля стимулює створення проникності. Це досягається шляхом введення холодної води при високому тиску до засвоєння зсуву, що викликається, - процес, відомий як гідраулічне стимулювання ]. Злами відкриті і самопропф, як грубі поверхні, гірки, що пасують один інший, створюючи шляхи для потоку рідини. Ретельний контроль тиску ін'єкцій і швидкості є важливим для максимального теплопередачі, при мінімізації сейсмічного ризику. Отриманий резервуар часто називають теповий обмінник у скелі.

Етап 3: Вилучення та вилучення тепла

Після створення достатньої переломної мережі вода циркулюється безперервно. Холодна вода вводять, нагрівається, як вона проходить через гарячу переломну скелю, і повернулася до поверхні через добре продакшн. Температура води може досягати 150–250°C. Нагрівається вода проходить через теплообмінник, проводячи бінарний цикл живлення], використовуючи вторинну робочу рідину з низькою відварювальним пунктом (наприклад, isopentane) для закрутки турбіни, мінімізуючи втрати води. Потім охолоджена вода передається, завершуючи петлю.

Етап 4: Побудова живлення та утилізація

Залежно від температури ресурсу, системи HDR можуть виробляти електроенергію, забезпечити прямий обіг для систем опалення району, або як в режимі когенерації. Електричне покоління від HDR зазвичай використовує турбіни органічного рангу (ORC), які ефективні при помірних температурах. ) енергоефективність мережі] з добре розробленого заводу HDR може перевищувати 20% з показниками реін'єкцій 90–95%, що робить його порівняти з звичайною геотермічною.

Ключові переваги ГХ-ХХХ-Геотермальна енергія

Необмежений ресурс потенціал

На відміну від викопних палив або гідротермічних ресурсів, HDR виводить з земної користі. Міжнародне агентство енергії (IEA) зазначає, що EGS може поставляти 10% глобальної електроенергії на 2050, якщо технологічні бар’єри подолають. Ресурс незамінний на часових масштабах людини.

Надійність базисного навантаження

Електростанції HDR можуть працювати цілодобово, ненав'язаними погодними або діучерловими циклами. Це можливість базового завантаження доповнює міжмітентні відновлювані джерела та зменшує необхідність зберігання або резервного копіювання викопних рослин. При ретельному управлінні резервуаром, єдиний HDR поле може виводити стабільну потужність протягом 30–50 років.

Малий екологічний друк

У порівнянні з вугільним або природним газом HDR видає недбалу кількість CO2. Використання землі невелике — typally 1–2 соток на MW, порівняно з 10+ соток для сонячної або вітрової. Ін'єкції під тиском знижує ризик забруднення поверхні води, коли системи добре інженеруються.

Географія гнучкість

HDR може бути розгорнутий в регіонах далеко від тектонічних меж. Наприклад, Корнхал Гарячий проект Скеля в Великобританії, Сульц-Сус-Форець проект] в Франції, а Десерт Peak EGS проект в Невада все демонструє успішне стимулювання в різних геологічних налаштуваннях.

Поточні виклики Facing HDR технології

Висока вартість та фінансовий ризик

Свердління глибоких свердловин залишається дорогою — за 5–15 млн дол. На добре. Ризик бідної з’єдності, передчасного охолодження або індукованої сейсмічної стійкості виводить приватні інвестиції. Урядові фінансування та механізми з ризиками – критичні для проектів ранньої роботи. У.С. Департамент енергоресурсів FORGE (Фронтальна обсерваторія для досліджень в геотермальній енергії)] – один приклад публічної підтримки для зниження витрат.

Зроблено сейсмічну

Гідравлічне стимулювання може викликати невеликі землетруси. Більшість неприпустимо, але більші події відбулися, такі як 2006 Базовий землетрус в Швейцарії (M3.4), який призвело до скасування проекту. Розширений моніторинг і адаптивні протоколи ін'єкцій - де пороги сейсмічної складності диктують ін'єкції, ставки яких розроблені для зниження ризику.

Вода Використання та втрата рідини

Хоча вода перероблена, деякі втратили до переломів. У рідких регіонах вода для засихання може бути проблемою. Альтернативи, такі як supercritical CO2, як робоча рідина, підлягають дослідженню зниження попиту води і збільшення коефіцієнтів видобутку тепла.

Температура і безпека

Більшість температур покращують ефективність, але підвищують складність буріння і корозію. Створення однорідних розривних мереж без каналізації — де вода протікає через кілька великих шляхів, обходячи більшість скеля — це постійне інженерне завдання. Попереднє моделювання за допомогою нейромереж і мікросейсмічних зображень допомагає оптимізувати стимулювання.

Проекти та дослідження глобальних пілотів

Fenton Hill, США (Лос Аламос Національна лабораторія)

Перший експеримент HDR (1970-х–1990-х) на Фентон Хілл, Нью-Мексико доведено, що тепло може бути екстрагований з спекотного сухого граніту. Досягається стабільний кровообіг і температури понад 180°C, встановлення доказ-of-concept.

Соус-Суф-Форець, Франція

Проект Європейського Hot Dry Rock у Соундц-Сус-Форець (Алсацький край) розроблений одним з найглибших водойм EGS (5,000 м, 200°C). Він успішно працює, генеруючи електроенергію і демонструючи довгострокову життєздатність з 2008 року.

Coso EGS Демонстрація, Каліфорнія

У рамках геотермічної програми ВМС США Coso продемонстрував, що підвищення стимулювання може підвищити вихід з існуючих гідротермальних полів, що гальмує розрив між традиційними та HDR технологіями.

Дослідження: FORGE та DEEPEGS

FORGE сайт в Ута (Milford) забезпечує виділений випробувальний комплекс для нових методів стимулювання, передової діагностики та буріння. DEEPEGS (Розгортання глибоких розширених геотермальних систем) проект в Ісландії та Франції досліджує надкритичні геотермальні резервуари—температури над 374°C—що може отримати до десяти разів потужність виходу на свердловину.

Перспективи майбутнього: Supercritical HDR і гібридні системи

Наступний фронтальний пристрій supercritical HDR, де вода циркулюється при тиску і температури над критичною точкою (374°C, 22.1 МПа). У цих умовах вода поводиться як однофазна рідина з винятковою теплоносій здатністю. Ранні роботи на Iceland Deep Drilling Project (IDDP) зустрілися температури >400°C на глибині 4.5 км, виготовляючи високотечний пар. Якщо інженерний, успішно суперкритичний HDR може зменшити кількість електроенергії, які були потрібні 30-50%.

Ще один перспективний напрямок гібридне розгортання—Ко-розташування HDR з сонячними тепловими установками для підтримки стабільної виходу електроенергії або використання HDR до передпмісної сировини в вугільних рослинах, підвищення ефективності та зменшення викидів. Сучасні технології буріння (наприклад, неротарні, плазмові, або лазерні буріння) та штучні засоби управління на основі розвідки знаходяться на ближньому горизонті.

Висновки: Вітал компонент хімічного міксу чистої енергії

Гаряча система геотермічної діагностики Rock пропонує масивний, незрівняний джерело енергії, який може забезпечити надійну, низьковуглецеву електрику та тепло. Незважаючи на те, що технічні та економічні перешкоди залишаються, стійкі дослідження та пілотні проекти по всьому світу показали, що HDR / GS більш теоретична концепція - це технологія, що розвивається з реальним потенціалом. З продовжуючи інновації та підтримувані політики, HDR може надати значну частку глобальної енергії на середині століття, доповнивши сонячну, вітрову та гідро в диверсифікованій стійкій сітці. Нагрів піді очікується, що загартування.

Експлоре більше: