Një sistem gjeotermik i përmirësuar përdor teknologjinë e naftës dhe gazit për të nxjerrë energji me karbon të ulët. Pjesa 1.

Departamenti Amerikan i Energjisë (DOE) ka financuar një projekt të quajtur FORGE ku shkëmbi i nxehtë i granitit do të shpohet dhe copëtohet duke përdorur teknologjinë më të mirë të naftës dhe gazit. Një qëllim i përgjithshëm është të shihet nëse uji i pompuar poshtë një pusi mund të qarkullojë nëpër granit dhe të nxehet përpara se të pompohet një pus i dytë për të drejtuar turbinat që prodhojnë energji elektrike.

John McLennan, Departamenti i Inxhinierisë Kimike, Universiteti i Jutës, është bashkë-hetuesi kryesor për këtë projekt DOE. Një prezantim webinar mbi këtë temë u sponsorizua nga NSI më 6 Prill 2022: FObservatori rontier për Kërkime në Energjinë Gjeotermale (FORGE): Një Përditësim dhe Vëzhgim

Më poshtë janë pyetjet e bëra për John McLennan dhe përgjigjet e tij.

++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

Q1. A mund të jepni një histori të shkurtër të energjisë gjeotermale?

Nga puna e hershme në Larderello në Itali, në fillim të viteve 1900, energjia gjeotermale (për prodhimin elektrik dhe përdorim të drejtpërdrejtë) është zgjeruar në një të instaluar kapaciteti i prodhimit të energjisë elektrike prej 15.6 GWe (GigaWatts e energjisë elektrike) në vitin 2021. Përdorimi është global – më shumë se 25 vende në mbarë botën. Megjithatë, alokimi është ende një pjesë e vogël e portofolit të energjisë në botë. Duke parë këtë shpërndarje globale, në mënyrë konvencionale, energjia gjeotermale është e kufizuar në shprehjen afër sipërfaqes të temperaturës së ngritur siç do të ndodhte pranë kufijve të pllakave, vullkaneve, etj.

Shtetet e Bashkuara kanë kapacitetin më të madh të instaluar të gjenerimit të energjisë gjeotermale, të ndjekura nga Indonezia, Filipinet, Turqia, Zelanda e Re, Meksika, Italia, Kenia, Islanda, Japonia. Nga këto operacione në Shtetet e Bashkuara, puset që prodhojnë energji gjeotermale mund të jenë mesatarisht 4 deri në 6 MWe. Si rregull, në 392°F (200°C) dhe me 9 rrahje/min (378 gpm), me rend prej 1 MWe mund të gjenerojë, ndoshta të servisojë 759 deri në 1000 shtëpi në Shtetet e Bashkuara.

Termocentralet gjeotermale ndryshojnë në madhësi, nga disa puse (disa që prodhojnë deri në 50 MWe) në shumë puse. “Gejzerët,…, është kompleksi më i madh i termocentraleve gjeotermale në botë. Calpine, prodhuesi më i madh i energjisë gjeotermale në SHBA, zotëron dhe operon 13 termocentrale në The Geysers me një kapacitet neto gjenerues prej rreth 725 megavat energji elektrike – e mjaftueshme për të fuqizuar 725,000 shtëpi ose një qytet sa San Francisko.”

Q2. Cilat janë sistemet gjeotermale të përmirësuara dhe ku aplikohet fracking?

Rreth pesëdhjetë vjet më parë, koncepti i Sistemeve Gjeotermale të Përmirësuara (EGS) u parashikua nga shkencëtarët dhe inxhinierët në Laboratorët Shkencor të Los Alamos (tani LANL). Në atë kohë, koncepti njihej si shkëmbi i nxehtë i thatë (HDR). Një metodologji është shpimi i një pusi injeksioni dhe një pusi prodhimi dhe krijimi i thyerjeve që i lidhin ato. Këto thyerje shërbejnë si shkëmbyes nxehtësie - njësoj si radiatori në një makinë.

Uji përdoret si lëng pune në këtë sistem të mbyllur (uji nuk humbet). Lëngu i ftohtë injektohet në një pus. Ai kalon nëpër thyerje dhe duke bërë kështu fiton nxehtësi nga shkëmbi i nxehtë. Ky lëng i nxehtë prodhohet në sipërfaqe përmes pusit të dytë në dyshe. Në sipërfaqe, lëngu i ndezur mund të shkrihet në avull ose të kalojë nëpër një impiant organik të ciklit Rankine për të drejtuar një turbinë dhe më pas një gjenerator. Uji, me nxehtësinë e nxjerrë, riqarkullohet.

Ndonëse është një ide e shëndoshë, suksesi është penguar për pesëdhjetë vjet që nga konceptimi i tij. Ndërsa ka pasur shumë projekte në mbarë botën, me sukses shkencor, komercialiteti nuk është arritur dhe prodhimi elektrik në këto pilotë nuk ka kaluar ~1 MWe.

Megjithatë, në SHBA, burimi është i rëndësishëm. Në Shtetet e Bashkuara perëndimore, vlerësimet janë 519 GWe në thellësi shpimi prej më pak se 15,000 deri në 20,000 këmbë. Teknologjia moderne e shpimit, e përshtatur nga industria e naftës e bën këtë shpim të realizueshëm. Së bashku me zhvillimet që lejojnë shpimin e puseve horizontale dhe krijimin e një sërë thyerjesh hidraulike përgjatë këtyre puseve (imagjinoni se çdo thyerje ofron sipërfaqe të konsiderueshme për shkëmbimin e nxehtësisë) dhe Sistemet Gjeotermale të Përmirësuara janë të realizueshme.

Krijimi i sistemit të thyerjes me thyerje hidraulike është një element kyç. Kjo nuk është e re. Për herë të parë u provua për EGS në vendin e Fenton Hill në Jemez Caldera në New Mexico, gjatë zhvillimeve të hershme nga Laboratorët Kombëtarë të Los Alamos. Vlen të përmendet, është një thyerje e madhe hidraulike e pompuar në dhjetor 1983 për të tentuar të ndërlidhë dy puse (përpara se të zbatohej lehtësisht shpimi me drejtim modern). Në atë stimulim hidraulik, 5.7 milion gallona ujë me reduktues të shtuar të fërkimit u pompuan deri në 50 bpm (2100 gallon në minutë) në presione të gropës deri në rreth 12,000 psi. Grimcat e imëta të CaCO₃ u shtuan për kontrollin e humbjes së lëngjeve (për të thjeshtuar sistemin e thyerjes).

Mësimet e nxjerra nga Fenton Hill, vende të tjera anembanë botës dhe teknologjitë nga industritë e tjera të nxjerrjes (shpime të prirura dhe horizontale, thyerje me shumë faza) inkurajuan Departamentin e Energjisë së Shteteve të Bashkuara (DOE) të iniciojë një program të rinovuar kërkimor të njohur si FORGE (Observatori Kufitar). për Kërkimin në Energjinë Gjeotermale) për të ndërtuar një laborator në terren për të testuar teknologjitë e reja që do të lejonin komercializimin e EGS.

Q3. Na tregoni për vendndodhjen e projektit FORGE në Utah dhe pse u zgjodh.

DOE sponsorizoi një konkurs midis pesë vendndodhjeve të shquara EGS në Shtetet e Bashkuara. Më pas, kjo u "zgjedh poshtë" në vendet në Fallon, Nevada dhe Milford, Juta. Në vitin 2019, siti i Milfordit u zgjodh përfundimisht si vendndodhja e laboratorit në terren FORGE (shih imazhin në krye të postimit).

Kriteret për përzgjedhjen përfshinin 1) temperaturat e rezervuarit midis 175 dhe 225°C (mjaft të nxehta për të provuar konceptet, por jo aq të nxehta sa të pengohet zhvillimi i teknologjisë), 2) në thellësi më të mëdha se 1.5 km (mjaft të thella që zhvillimi i teknologjisë së shpimit të jetë i realizueshëm) , 3) shkëmb me përshkueshmëri të ulët (graniti në vendin e FORGE), 4) rrezik i ulët i nxitjes së sizmicitetit gjatë operimeve, 5) rreziqe të ulëta mjedisore dhe 6) pa lidhje me një sistem konvencional gjeotermik.

++++++++++++++++++++++++++++++++++

Pjesa 2 do të vazhdojë temën duke trajtuar pyetjet dhe përgjigjet e mëposhtme:

Q4. Cili është dizajni bazë i puseve të injektimit dhe prodhimit?

P5. A mund të përmblidhni tre trajtimet frac në pusin e injektimit dhe rezultatet e tyre?

P6. Cili është potenciali për aplikim komercial?