Förbättrat geotermiskt system - Enhanced geothermal system

Förbättrat geotermiskt system: 1 behållare, 2 pumphus, 3 värmeväxlare, 4 turbinhall, 5 produktionsbrunn, 6 injektionsbrunn, 7 varmvatten till fjärrvärme, 8 porösa sediment, 9 observationsbrunn, 10 kristallint berggrund

Ett förbättrat geotermiskt system ( EGS ) genererar geotermisk elektricitet utan behov av naturliga konvektiva hydrotermiska resurser. Fram till nyligen har geotermiska kraftsystem utnyttjat endast resurser där naturligt förekommande värme, vatten och berggenomsläpplighet är tillräcklig för att möjliggöra energiutvinning. Men överlägset största delen av geotermisk energi inom räckhåll för konventionella tekniker finns i torrt och ogenomträngligt berg . EGS -teknik förbättrar och/eller skapar geotermiska resurser i denna heta torra sten (HDR) genom en mängd olika stimuleringsmetoder, inklusive 'hydraulisk stimulering'.

Del av en serie om
Förnybar energi
Biobränsle Biomassa Biogas Geotermisk Vattenkraft Solenergi Tidvattenkraft Vågkraft Vindkraft
Ämnen efter land Marknadsföring och politiska trender
v t e

Översikt

När naturliga sprickor och porer inte tillåter ekonomiska flödeshastigheter kan permeabiliteten förbättras genom att pumpa högt tryck kallt vatten ner i en injektionsbrunn i berget. Injektionen ökar vätsketrycket i det naturligt uppbrutna berget och utlöser skjuvhändelser som förbättrar systemets permeabilitet. Så länge som injektionstrycket bibehålls krävs inte en hög matrispermeabilitet, inte heller krävs hydrauliska sprickbildningsmedel för att hålla sprickorna i ett öppet tillstånd. Denna process kallas hydro-klippning, kanske för att skilja den från hydraulisk dragbrott , som används i olje- och gasindustrin, vilket kan skapa nya sprickor genom berget förutom att expandera de befintliga sprickorna.

Vatten passerar genom sprickor i berget och fångar bergets värme tills det tvingas ut ur ett andra borrhål som mycket varmt vatten. Vattnets värme omvandlas till elektricitet med antingen en ångturbin eller ett binärt kraftverk . Allt vatten, nu kylt, injiceras tillbaka i marken för att värmas upp igen i en sluten slinga .

EGS -teknik kan fungera som baslastresurser som producerar ström 24 timmar om dygnet. Till skillnad från hydrotermisk kan EGS vara möjlig var som helst i världen, beroende på de ekonomiska gränserna för borrdjup. Bra platser ligger över djup granit som täcks av ett lager på 3–5 kilometer isolerande sediment som saktar ned värmeförlust. En EGS -anläggning förväntas ha en ekonomisk livslängd på 20–30 år med dagens teknik.

EGS -system utvecklas och testas för närvarande i Australien , Frankrike , Tyskland , Japan , Schweiz och USA . Det största EGS-projektet i världen är en demonstrationsanläggning på 25 megawatt som för närvarande utvecklas i Cooper Basin , Australien. Cooper Basin har potential att generera 5 000–10 000 MW.

Forskning och utveckling

Australien

Den australiensiska regeringen har tillhandahållit forskningsfinansiering för utvecklingen av Hot Dry Rock -teknik.

Den 30 maj 2007 meddelade då australiensiska oppositionens miljötalesman och före detta minister för miljö, kulturarv och konst Peter Garrett att om det valdes vid det australiska federala valet 2007 , skulle Australian Labour Party använda skattebetalarnas pengar för att subventionera att sätta in nödvändiga borriggar i plats. I en intervju lovade han:

"Det finns vissa tekniska svårigheter och utmaningar där, men de människor som är angelägna om att få Australien till geotermi säger att vi har den här fantastiska tillgången till resurser och en av sakerna, intressant nog, som har hållit dem tillbaka har inte kapacitet att lägga borranläggningarna på plats. Och vad vi tänker att dessa 50 miljoner dollar ska gå till är att tillhandahålla en-till-en-dollar. Matcha $ 1 från oss, $ 1 från industrin så att de kan få dessa borriggar på plats och verkligen få de bästa platserna identifierade och få branschen att gå. "

europeiska unionen

EU: s EGS FoU-projekt i Soultz-sous-Forêts , Frankrike, har nyligen anslutit sin demonstrationsanläggning på 1,5 MW till elnätet. Soultz -projektet har undersökt sambandet mellan flera stimulerade zoner och prestanda för triplettbrunnskonfigurationer (1 injektor/2 producenter).

Inducerad seismicitet i Basel ledde till att EGS -projektet avbröts där.

Den portugisiska regeringen beviljade i december 2008 en exklusiv licens till Geovita Ltd för att prospektera och utforska geotermisk energi i ett av de bästa områdena på kontinentala Portugal. Ett område på cirka 500 kvadratkilometer studeras av Geovita tillsammans med avdelningen för geovetenskap vid University of Coimbras naturvetenskapliga och tekniska fakultet, och installationen av ett förbättrat geotermiskt system (EGS) planeras.

Sydkorea

Pohang EGS -projektet startades i december 2010, med målet att producera 1 MW.

Djupborrningserfarenhet från borrningen av den första av två brunnar från projektet delades vid en konferens 2015.

Den 2017 Pohang jordbävningen kan ha kopplats till aktiviteten hos Pohang EGS-projektet. All forskningsverksamhet på webbplatsen stoppades 2018.

Storbritannien

Cornwall kommer att vara värd för ett demonstrationsprojekt på 3 MW, baserat på Eden-projektet, som kan bana väg för en serie 50 MW kommersiella skalkraftverk i lämpliga områden över hela landet.

Ett kommersiellt projekt nära Redruth planeras också. Anläggningen, som har fått bygglov, skulle generera 10 MW el och 55 MW värmeenergi och är planerad att tas i drift 2013–2014.

Förenta staterna

Tidiga dagar - Fenton Hill

Den första EGS -insatsen - då kallad Hot Dry Rock - ägde rum på Fenton Hill, New Mexico med ett projekt som drivs av det federala Los Alamos Laboratory. Det var det första försöket att göra en djup, fullskalig EGS-reservoar.

EGS -reservoaren vid Fenton Hill slutfördes först 1977 på ett djup av cirka 2,6 km, med bergtemperaturer på 185  ° C. År 1979 förstorades reservoaren med ytterligare hydraulisk stimulering och kördes i cirka 1 år. Resultaten visade att värme kunde utvinnas till rimliga hastigheter från ett hydrauliskt stimulerat område med lågpermeabilitet het kristallint berg. År 1986 bereddes en andra reservoar för initial hydraulisk cirkulation och värmextraktionstestning. I ett 30-dagars flödestest med en konstant injektionstemperatur på 20  ° C ökade produktionstemperaturen stadigt till cirka 190  ° C, vilket motsvarar en termisk effektnivå på cirka 10  MW. På grund av budgetnedskärningar avbröts ytterligare studier vid Fenton Hill.

Arbetar vid kanterna - använder EGS -teknik för att förbättra hydrotermiska resurser

EGS -finansiering försvagades under de närmaste åren, och under det kommande decenniet fokuserade USA: s insatser på det mindre ambitiösa målet att förbättra produktiviteten för befintliga hydrotermiska resurser. Enligt budgetåret 2004 Budgetförfrågan till kongressen från DOE: s kontor för energieffektivitet och förnybar energi,

EGS är konstruerade reservoarer som har skapats för att utvinna värme från ekonomiskt oproduktiva geotermiska resurser. EGS -tekniken inkluderar de metoder och utrustning som förbättrar borttagning av energi från en resurs genom att öka produktiviteten i reservoaren. Bättre produktivitet kan bero på att förbättra behållarens naturliga permeabilitet och/eller tillhandahålla ytterligare vätskor för att transportera värme.

Under räkenskapsåret 2002 slutfördes preliminära konstruktioner för fem projekt med EGS-teknik och Coso Hot Springs geotermiska fält vid US Naval Weapons Air Station i China Lake, Kalifornien valdes ut för fullskalig utveckling. Två ytterligare projekt valdes ut för preliminär analys vid Desert Peak i Nevada och Glass Mountain i Kalifornien. Finansieringen för denna insats uppgick till 1,5 miljoner dollar. Insatsen fortsatte 2003 med ytterligare 3,5 miljoner dollar.

Under 2009 utfärdade det amerikanska energidepartementet ( USDOE ) två finansieringsmöjlighetsmeddelanden (FOA) relaterade till förbättrade geotermiska system. Tillsammans erbjöd de två FOA: erna upp till 84 miljoner dollar under sex år.

DOE följde upp med en annan FOA under 2009, av stimulansfinansiering från American Reinvestment and Recovery Act för $ 350 miljoner dollar, inklusive $ 80 miljoner specifikt för EGS -projekt,

FÖRFALSKA

I februari 2014 meddelade energidepartementet avsikten att inrätta "ett särskilt underjordiskt laboratorium vid namn Frontier Observatory for Research in Geothermal Energy (FORGE)" för att undersöka och utveckla förbättrad geotermisk teknik. I augusti 2016 tillkännagavs att de föreslagna platserna hade minskats till två (i Utah och Nevada), förväntas minskas till en året efter. I juni 2018 meddelade energidepartementet att en plats utanför Milford, Utah, hade valts för att vara värd för FORGE -laboratoriet. Under en femårsperiod kommer University of Utah att få upp till 140 miljoner dollar för avancerad geotermisk forskning och utveckling.

Cornell University - Ithaca, NY

Att utveckla EGS tillsammans med ett fjärrvärmesystem är en del av Cornell Universitys klimathandlingsplan för deras Ithaca -campus. Projektet började 2018 med den förberedande fasen för att fastställa genomförbarhet, få finansiering och övervaka seismicitet vid baslinjen. Projektet fick 7,2 miljoner dollar i finansiering från USDOE . En testbrunn kommer att borras under våren 2021, på ett djup av 2,5 -5 km riktat mot berg med en temperatur> 85 ° C. Platsen är planerad att leverera 20% av campusens årliga värmebelastning. Lovande geologiska platser för reservoarer har föreslagits i Trenton - Black River -formationen (2,2 km) eller i källarkristallint berg (3,5 km).

Sammanfattning av EGS -projekt runt om i världen

Karta över 64 EGS -projekt runt om i världen

EGS -tekniker använder en mängd olika metoder för att skapa ytterligare flödesvägar inuti reservoarbergarter. Tidigare EGS -projekt runt om i världen har använt kombinationer av hydrauliska, kemiska, termiska och explosiva stimuleringsmetoder. EGS -projekt inkluderar också de vid kanterna av nuvarande hydrotermiska geotermiska platser där borrade brunnar korsade heta, men ogenomträngliga, reservoarbergarter och stimuleringsmetoder användes för att förbättra denna permeabilitet. Tabellen nedan visar både stora och små EGS -projekt runt om i världen.

Framkallad seismicitet

Viss inducerad seismicitet är oundviklig och förväntas i EGS, vilket innebär att pumpa vätskor vid tryck för att förbättra eller skapa permeabilitet genom användning av hydro-klippning och hydraulisk sprickningsteknik. Hydro-skjuvstimuleringsmetoder försöker expandera och förlänga anslutningen av bergets befintliga frakturer för att skapa ett bättre vätskennät för överföring av värme från berget till vätskan. Seismicitetshändelser vid Geysers geotermiska fält i Kalifornien har starkt korrelerat med injektionsdata.

Fallet med inducerad seismicitet i Basel förtjänar särskilt att nämnas; det ledde staden (som är en partner) att avbryta projektet och genomföra en seismisk riskbedömning, vilket resulterade i att projektet avbröts i december 2009.

Enligt den australiensiska regeringen är riskerna med "hydrofraktureringsinducerad seismicitet låga jämfört med naturliga jordbävningar och kan minskas genom noggrann hantering och övervakning" och "bör inte ses som ett hinder för vidareutveckling av Hot Rock -geotermisk energi resurs". Riskerna för inducerad seismicitet varierar dock från plats till plats och bör övervägas innan vätskeinjektion i stor skala påbörjas.

CO ₂ EGS

Geothermal Energy Center of Excellence vid University of Queensland har tilldelats 18,3 miljoner AUD för EGS -forskning, varav en stor del kommer att användas för att utveckla CO ₂ EGS -teknik.

Forskning utförd vid Los Alamos National Laboratories och Lawrence Berkeley National Laboratories undersökte användningen av superkritisk CO ₂ , istället för vatten, som den geotermiska arbetsvätskan, med gynnsamma resultat. CO ₂ har många fördelar för EGS:

1. Större effekt
2. Minimerade parasitförluster från pumpning och kylning
3. Kolbindning
4. Minimerad vattenanvändning
5. CO ₂ har en mycket lägre tendens att lösa upp mineraler och andra ämnen än vatten, vilket kraftigt minskar skalning och korrosion av systemkomponenter

CO ₂ är dock mycket dyrare och lite svårare att arbeta med än vatten.

EGS -potential i USA

Geotermisk kraftteknik.

En rapport från MIT från 2006 och finansierad av det amerikanska energidepartementet genomförde den hittills mest omfattande analysen av EGS potential och tekniska status. Panelen med 18 medlemmar, ledd av professor Jefferson Tester från MIT, nådde flera viktiga slutsatser:

1. Resursstorlek: Rapporten beräknade USA: s totala EGS -resurser från 3–10 km djup till över 13 000  zettajoules , varav över 200 ZJ skulle kunna extraheras, med potential att öka detta till över 2000 ZJ med teknikförbättringar - tillräckligt för att tillhandahålla alla världens nuvarande energibehov i flera årtusenden . Rapporten visade att totala geotermiska resurser, inklusive hydrotermiska och geotryckta resurser, motsvarar 14 000 ZJ-eller ungefär 140 000 gånger den totala amerikanska årliga primärenergianvändningen 2005.
2. Utvecklingspotential: Med en FoU -investering på 1 miljard dollar under 15 år uppskattade rapporten att 100 GWe (gigawatt el) eller mer skulle kunna installeras år 2050 i USA. Rapporten fann vidare att "återvinningsbara" resurser (tillgängliga med dagens teknik) låg mellan 1,2–12,2 TW för de konservativa respektive måttliga återhämtningsscenarierna.
3. Kostnad: Rapporten fann att EGS kunde producera el för så låga som 3,9 cent/kWh. EGS -kostnaderna befanns vara känsliga för fyra huvudfaktorer:
   1. Resursens temperatur
   2. Vätskeström genom systemet mätt i liter/sekund
   3. Borrningskostnader
   4. Effektomvandlingseffektivitet

Se även

• Caprock
• Borrigg
• Utforskning av geotermisk energi i centrala Australien
• Geotermisk energi i USA
• Geotermisk undersökning
• Island djupborrningsprojekt
• Rosemanowes Quarry

Referenser

externa länkar

• EERE :
  • Geotermiska grunder
  • Hot Dry Rock (HDR)
  • Hur ett förbättrat geotermiskt system fungerar
• NREL : Interaktiv datakarta - Geothermal Prospector Tool (se Geothermal - Deep Enhanced Geothermal Potential)
• Geotermiska investeringsstenar säger DLA Phillips Fox
• 20 bildpresentation inkl geotermiska kartor över Australien
• MEGSorg
• EGS på Google.org