Sistem Geoterma Yang Dipertingkatkan Menggunakan Teknologi Minyak Dan Gas Untuk Melombong Tenaga Karbon Rendah. Bahagian 1.

Jabatan Tenaga AS (JAS) telah membiayai projek yang dipanggil FORGE di mana batu granit panas akan digerudi dan dipecah menggunakan teknologi minyak dan gas terbaik. Matlamat keseluruhan adalah untuk melihat sama ada air yang dipam ke bawah satu telaga boleh diedarkan melalui granit dan dipanaskan sebelum dipam ke atas telaga kedua untuk memacu turbin yang menjana elektrik.

John McLennan, Jabatan Kejuruteraan Kimia, Universiti Utah, ialah penyiasat utama bersama untuk projek DOE ini. Pembentangan webinar mengenai topik ini telah ditaja oleh NSI pada 6 April 2022: FBalai Cerap rontier untuk Penyelidikan dalam Tenaga Geoterma (FORGE): Kemas Kini dan Pandangan Ke Hadapan

Berikut ialah soalan yang dikemukakan kepada John McLennan, dan jawapannya.

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

S1. Bolehkah anda memberikan sejarah ringkas tenaga geoterma?

Dari kerja awal di Larderello di Itali, pada awal 1900-an, tenaga geoterma (untuk penjanaan elektrik dan penggunaan langsung) telah berkembang kepada kapasiti penjanaan elektrik sebanyak 15.6 GWe (GigaWatts elektrik) pada 2021. Penggunaannya adalah global – lebih daripada 25 negara di seluruh dunia. Walau bagaimanapun, peruntukan masih merupakan sebahagian kecil daripada portfolio tenaga dunia. Melihat kepada taburan global ini, secara konvensional, tenaga geoterma dihadkan kepada ekspresi hampir permukaan suhu tinggi seperti yang akan berlaku berhampiran sempadan plat, gunung berapi, dsb.

Amerika Syarikat mempunyai kapasiti penjanaan elektrik geoterma terpasang terbesar, diikuti oleh Indonesia, Filipina, Turki, New Zealand, Mexico, Itali, Kenya, Iceland, Jepun. Daripada operasi ini di Amerika Syarikat, telaga yang menghasilkan tenaga geoterma mungkin purata 4 hingga 6 MWe. Sebagai peraturan, pada 392°F (200°C) dan mengalir pada 9 bpm (378 gpm), pada urutan 1 MWe boleh menjana, mungkin menservis 759 hingga 1000 rumah di Amerika Syarikat.

Loji kuasa geoterma berbeza dari segi saiz, daripada beberapa telaga (sesetengahnya menghasilkan sehingga 50 MWe) kepada banyak telaga. “Geyser, …, ialah kompleks loji kuasa geoterma terbesar di dunia. Calpine, pengeluar tenaga geoterma terbesar di AS, memiliki dan mengendalikan 13 loji janakuasa di The Geysers dengan kapasiti penjanaan bersih kira-kira 725 megawatt elektrik – cukup untuk menggerakkan 725,000 rumah atau bandar sebesar San Francisco.”

S2. Apakah sistem geoterma dipertingkatkan, dan di manakah fracking digunakan?

Kira-kira lima puluh tahun yang lalu, konsep Enhanced Geothermal Systems (EGS) telah dibayangkan oleh saintis dan jurutera di Los Alamos Scientific Laboratories (kini LANL). Ketika itu, konsep itu dikenali sebagai hot dry rock (HDR). Satu metodologi adalah dengan menggerudi telaga suntikan dan telaga pengeluaran dan mencipta keretakan yang menghubungkannya. Keretakan ini berfungsi sebagai penukar haba - sama seperti radiator dalam kereta.

Air digunakan sebagai cecair kerja dalam sistem tertutup ini (air tidak hilang). Cecair sejuk disuntik ke dalam satu perigi. Ia melalui patah dan dengan berbuat demikian memperoleh haba daripada batu panas. Cecair panas ini dihasilkan ke permukaan melalui telaga kedua dalam doublet. Di permukaan, bendalir yang dipanaskan boleh dipancarkan untuk mengukus atau dijalankan melalui loji kitaran Rankine organik untuk memacu turbin dan seterusnya penjana. Air, dengan haba dikeluarkan, diedarkan semula.

Walaupun ia adalah idea yang baik, kejayaan telah terhalang selama lima puluh tahun sejak konsepnya. Walaupun terdapat beberapa projek di seluruh dunia, dengan kejayaan saintifik, komersil tidak dicapai dan penjanaan elektrik pada juruterbang ini tidak melebihi ~1 MWe.

Walau bagaimanapun, di AS, sumber itu penting. Di barat Amerika Syarikat, anggaran adalah 519 GWe pada kedalaman penggerudian kurang daripada 15,000 hingga 20,000 kaki. Teknologi penggerudian moden, diadaptasi daripada industri petroleum menjadikan penggerudian ini boleh dilaksanakan. Berpasangan dengan pembangunan yang membenarkan penggerudian telaga mendatar dan mencipta kepelbagaian patah hidraulik di sepanjang telaga ini (bayangkan setiap patah menyediakan luas permukaan yang ketara untuk pertukaran haba) dan Sistem Geoterma Dipertingkatkan boleh dilaksanakan.

Mencipta sistem patah dengan patah hidraulik adalah elemen utama. Ini bukan baru. Ia pertama kali dicuba untuk EGS di tapak Fenton Hill di Jemez Caldera di New Mexico, semasa pembangunan awal oleh Los Alamos National Laboratories. Sebagai perhatian, adalah satu patah hidraulik besar yang dipam pada Disember 1983 untuk cuba menyambung dua telaga (sebelum penggerudian arah moden digunakan dengan mudah). Dalam rangsangan hidraulik itu, 5.7 juta gelen air dengan pengurangan geseran tambahan telah dipam sehingga 50 bpm (2100 gelen seminit) pada tekanan lubang bawah sehingga kira-kira 12,000 psi. Zarah halus CaCO₃ telah ditambah untuk kawalan kehilangan bendalir (untuk memudahkan sistem patah).

Pelajaran yang dipelajari daripada Fenton Hill, tapak lain di seluruh dunia, dan teknologi daripada industri pengekstrakan lain (penggerudian condong dan mendatar, patah berbilang peringkat) menggalakkan Jabatan Tenaga (JAS) Amerika Syarikat untuk memulakan program penyelidikan baharu yang dikenali sebagai FORGE (Frontier Observatory). untuk Penyelidikan dalam Tenaga Geoterma) untuk membina makmal lapangan untuk menguji teknologi baharu yang membolehkan pengkomersilan EGS.

S3. Beritahu kami tentang tapak projek FORGE di Utah dan sebab ia dipilih.

JAS menaja pertandingan antara lima lokasi EGS yang terkenal di Amerika Syarikat. Ini kemudiannya "dipilih turun" ke tapak di Fallon, Nevada dan Milford, Utah. Pada 2019, tapak Milford akhirnya dipilih sebagai lokasi makmal lapangan FORGE (lihat imej di bahagian atas siaran).

Kriteria pemilihan termasuk 1) suhu takungan antara 175 dan 225°C (cukup panas untuk membuktikan konsep tetapi tidak begitu panas sehingga pembangunan teknologi terhalang), 2) pada kedalaman lebih daripada 1.5 km (cukup dalam sehingga pembangunan teknologi penggerudian boleh dilaksanakan) , 3) batuan kebolehtelapan rendah (granit di tapak FORGE), 4) risiko rendah untuk mendorong kegempaan semasa operasi, 5) risiko alam sekitar yang rendah, dan 6) tiada sambungan kepada sistem geoterma konvensional.

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

Bahagian 2 akan meneruskan topik dengan menjawab soalan dan jawapan berikut:

S4. Apakah reka bentuk asas telaga suntikan dan pengeluaran?

S5. Bolehkah anda meringkaskan tiga rawatan frac dalam suntikan dengan baik dan keputusannya?

S6. Apakah potensi untuk aplikasi komersial?