Raziskovanje stroškovno učinkovitih geotermalnih sistemov, ki ne onesnažujejo okolja | 2020

Vsebina:

Anonim

Carroll je član skupine, ki je objavila dva prispevka, ki se nanašata na novo področje geotermalne energije, imenovano izboljšani geotermalni sistemi. Ti sistemi so zasnovani tako, da omogočajo proizvodnjo energije na območjih, kjer običajne geotermalne tehnike ne delujejo.

Skupina pod vodstvom dr. Carlosa Fernandeza pri PNNL je razvila novo tekočino za lomljenje, ki uporablja okolju prijazen polimer za ustvarjanje majhnih razpok v temeljni kamnini globoko pod površjem zemlje. Razpoke zagotavljajo mesta za črpanje vode v skalo, proces, ki se imenuje "stimulacija rezervoarja". Tam je toplota zemlje - okoli 150-400 stopinj Celzija na globinah 900-4000 metrov - dovolj vroča, da spremeni vodo v paro. Para se nato lahko vrne na površino in uporabi kot vir energije za elektrarne.

Za razliko od tipičnih geotermalnih sistemov, ki temeljijo na poroznih kamninah, imajo okrepljeni geotermalni sistemi veliko večji potencial, da izkoristijo energijo geotermalnih vročih točk na območjih sicer neprepustne kamnine.

Možnost bi lahko bila še posebej visoka v zahodnem ZDA, vključno z Novo Mehiko.

"Geološki zavod ZDA pravi, da večina zahodnih ZDA ima toplotna območja blizu površine," je dejal Carroll. "Nova Mehika in večina Zahoda ima geologijo za porečje in območje," za katero so značilne ozke gorske verige in ravne kotline ali doline. To pogosto pomeni, da so viri toplote v zemlji bližje površini kot na drugih območjih, zaradi česar je razvoj geotermalne energije bolj praktičen.

Nova tekočina obravnava nekatere pomisleke o običajnih tehnikah lomljenja, ki se uporabljajo pri razvoju nafte in plina. Te ekonomsko drage tehnike zahtevajo tekočine in metode, ki povzročajo nesprejemljive vplive na okolje.

Carroll je del skupnega raziskovalnega projekta med Nacionalnim laboratorijem pacifiškega severozahoda in NMSU.

"Naša nova tekočina lahko izboljša proizvodnjo geotermalne energije," je dejal Carroll. "In čeprav smo oblikovali tekočino za geotermalno energijo, bi lahko tudi nekonvencionalna predelava nafte in plina postala okolju prijaznejša."

Ugotovitve skupine je objavila Royal Society of Chemistry v reviji Green Chemistry in Elsevier in Geothermics, International Journal of Geothermal Research in njene aplikacije.

Projekt obravnava nekatere pomanjkljivosti tipičnih geotermalnih sistemov. Poleg možnosti razvoja sistemov na neprepustnih kamninah tudi okrepljeni geotermalni sistemi ne bi zahtevali, da bi bila voda že prisotna pod zemljo.

Zaradi prednosti raziskovalci vidijo velik potencial za izboljšane geotermalne sisteme. Obstoječe ameriške geotermalne elektrarne proizvajajo do 3,4 gigavatov energije, kar predstavlja približno 0,4 odstotka nacionalne energetske oskrbe. Poročilo iz Massachusettsovega inštituta za tehnologijo iz leta 2006 ocenjuje, da bi izboljšani geotermalni sistemi lahko povečali proizvodnjo geotermalne energije v državi na 100 gigavatov, kar je dovolj za napajanje 100 milijonov ameriških domov.

Ta potencial je pritegnil zanimanje Ministrstva za energijo, ki je financiralo pet izboljšanih demonstracijskih projektov geotermalnega sistema v ZDA. Na enem projektu v Nevadi so izboljšane geotermalne metode povečale produktivnost običajne geotermalne naprave za 38 odstotkov. Vendar pa so tehnični izzivi in ​​pomisleki glede stroškov in količine vode, ki se uporablja v teh sistemih, omejili njihovo uporabo.

Procesi hidravličnega lomljenja, podobni tistim, ki se uporabljajo v proizvodnji nafte in plina, so bili uporabljeni tudi v izboljšanih geotermalnih sistemih, vendar imajo ti procesi pomanjkljivosti zaradi zahtevane količine vode, potencialne toksičnosti uporabljenih kemikalij in visokih stroškov za pridobivanje in obdelavo vode.

Nasprotno pa je ta nova tekočina raztopina vode in 1-odstotni polialilamin, kemikalija, izdelana iz ogljika in dušika, ki je podobna polimernim zdravilom. Ko se črpa v vodnjak na geotermalni vroči točki, se v vrtino vbrizga ogljikov dioksid pod tlakom. V 20 sekundah povzroči kemična reakcija, da se tvori hidrogel, ki širi tekočino do 2,5-kratne prvotne prostornine, razširja obstoječe razpoke v kamnini in ustvarja nove. Pričakuje se, da se bo proces zmanjšal za polovico količine vode in časa, potrebnega za odprtje podzemnega rezervoarja, s čimer se bodo znižali stroški proizvodnje električne energije.

Raziskovalci pri PNNL testirajo delovanje tekočine na cilindričnih vzorcih neprepustnih kamnin. Vzorci so postavljeni v visokotlačni, visokotemperaturni preskusni celici, ki so jo ustvarili raziskovalci. V preskusno celico se vbrizgajo majhne količine tekočine in tekočega ogljikovega dioksida, nato se tlak in temperatura prilagodita pogojem podzemnih geotermalnih rezervoarjev.

Raziskovalci so ugotovili, da je tekočina dosledno ustvarjala majhne, ​​a učinkovite razpoke v vzorcih, ki omogočajo pretakanje vode. To jih je pripeljalo do tega, da verjamejo, da bi večji preskusi lahko povzročili večje razpoke.

Raziskovalna skupina prav tako pričakuje, da bi se tekočina lahko poceni reciklirala.

Dodatne študije so potrebne za temeljitejšo oceno učinkovitosti tekočine. Skupina načrtuje laboratorijske študije za merjenje ravni, na kateri se lahko reciklira tekočina, in tudi za sposobnost loma večjih kamnin. Končni cilj je opraviti kontroliran terenski test.

Raziskavo je financiral Urad za geotermalne tehnologije v okviru Urada za energetsko učinkovitost in obnovljivo energijo DOE.

Skupina prav tako proučuje podobno tekočino za nekonvencionalno predelavo nafte in plina.

"Uporabila bi drugačen polimer, čeprav je kemija podobna tisti, ki se uporablja v tekočini za pridobivanje geotermalne energije," je dejal Fernandez. Tekočine so stabilne in lahko zdržijo ekstremne temperature, tlake in stopnje kislosti, za razliko od nekaterih tekočin, ki se uporabljajo pri pridobivanju nafte in plina, ki se sčasoma razgradijo. Nova nestrupena, potencialno reciklirana tekočina bi prav tako povzročila učinkovitejšo rabo vode.