 Все больше американских домов могут получать питание от геотермальной энергии, с использованием новой, нетоксичной и потенциально перерабатываемой жидкости, которая, как ожидается, будет использовать половину того количества воды, которое используется другими жидкостями, чтобы подключаться к другим недоступных геотермальным горячим точкам.
Жидкость может стать основой для усовершенствованных геотермальных систем. Эти системы закачивают жидкость под землю, для того, чтобы производить электроэнергию там, где традиционная геотермальная энергия не работает.
Новая жидкость, воздействующая на пласт, оснащена экологическим полимером, который значительно расширяет объем жидкости, что создает крошечные трещины в глубоких подземных породах для улучшения производства энергии. Эта жидкость также может существенно снизить водный след и стоимость усовершенствованных геотермальных систем.
«Наша новая жидкость может сделать улучшенное производство геотермальной энергии более жизнеспособным», сказал ведущий разработчик жидкости Карлос Фернандес, химик департамента Национальной лаборатории энергетики Тихоокеанского Северо-Запада. «И, хотя мы изначально подразумеваем использование жидкости в геотермальной энергии, она также может сделать нетрадиционную добыча нефти и газа более экологически чистой».
Геотермальная энергия вырабатывается путем использования тепла существующего под поверхностью Земли, для извлечения пара и вращения турбин электростанции. Обычные геотермальные электростанции требуют наличия трех вещей: подземных вод, пористой породы и тепла. Существующие американские геотермальные электростанции производят до 3,4 гигаватт энергии, что составляет около 0,4 процентов энергоснабжения страны.
Улучшенная геотермальная энергия может быть получены на участках, где тепло существует, но не является легко доступным из-за непроницаемой породы или недостатка воды. По оценкам Массачусетского технологического института, новые геотермальные системы могут повысить производство геотермальной энергии в 30 раз до более чем 100 гигаватт – количества, достаточного, для питания 100 миллионов типичных американских домов.
Заинтересованное в этом потенциале, Министерство энергетики начала финансирование пяти расширенных демонстрационных проектов геотермальной системы по всей стране. В одном демонстрационном проекте в штате Невада, расширенные геотермальные методы приводят к повышению производительности обычных геотермальных станций на 38 процентов. Но использование усовершенствованных геотермальных систем было ограничено из-за технических проблем и опасений по поводу их стоимости и интенсивного использования воды.
Создание усовершенствованных геотермальных систем требуется использования миллионов галлонов воды - ценного ресурса в засушливом американском Западе, где геотермальная энергия имеет наибольший потенциал. Эта вода иногда смешивается с очень небольшим количеством химических веществ, чтобы помочь жидкости лучше создавать и распространять крошечные трещины в земле, что в конечном итоге увеличивает срок эксплуатации геотермальной электростанции.
Жидкости PNNL является смесью воды и 1 процента полиаллиламина, химического компонента, состоящего из длинной углеродной цепи с вложениями азота, напоминающего хорошо известные полимеры, используемые в медицине. Жидкость закачивается в скважины, пробуренной на геотермальной горячей точке. Вскоре после этого работники также закачивают диоксида углерода, который может поставляться из углерода, захваченного на заводах по ископаемому топливу.
В течение 20 секунд полиаллиламин и углерод диоксид образуют гидрогель, который расширяет жидкость до 2,5 раз от первоначального объема. Этот гель приводит к давлению в скалах, в результате чего расширяются существующие трещины, а также создаются новые. Расширение, как ожидается, сократит в два раза количество воды и время, необходимое для открытия улучшенного геотермального резервуара, который сократит стоимость производства электроэнергии.
Чтобы проверить производительность жидкости, геофизик Ален Бонневилль возглавил разработку экспериментальной установки. Пять цилиндрических образцов пород, отобранных рядом с работающей повышенной геотермальной электростанцией в Калифорнии, были помещены в испытательную камеру с высоким давлением и высокой температурой, созданной командой PNNL. Небольшие количества жидкости и жидкой двуокиси углерода вводились в испытательную камеру. Давление и температура постепенно отрегулировались в соответствии с условиями подземных геотермальных резервуаров.
Исследователи обнаружили, что их жидкости последовательно создают небольшие, но эффективные трещины в образцах горных пород. Некоторые из новых переломов были слишком малы для их рассмотрения рентгеновской микротомография. Но когда они наблюдали ввод таких жидкостей, как вода или диоксид углерода, то группа увидела, что жидкости стали перемещаться через ранее непроницаемые образцы горных пород. Команда пришла к выводу, что крупномасштабные испытания могут произвести к более крупным трещинам.
Двумя другими преимуществами являются потенциал жидкости для переработки и сокращение расходов. Жидкость может быть переработаны путем замедления или остановки жидкостей, поступающих под землю, или путем введения кислоты. Моделирование показывает, что любой из указанных способов приведет к разложению гидрогеля на исходные компоненты: раствор вода-полиаллиламин и диоксид углерода. Насос будет перемещать отделенные жидкости на поверхность, где они будут извлечены и использованы снова. Однако вторичная переработка жидкости не был протестирована в лабораторных условиях.
Стоимость эксплуатации усовершенствованных геотермальных систем также может быть снижена при использовании новой жидкости. С уменьшением количества жидкости, закачиваемой под землю, уменьшается количество используемой воды, что снижает затраты на проект. Тем не менее, необходим подробный анализ, чтобы точно и количественно определить, какое количество жидкости может снизить цену усовершенствованной геотермальной системы.
Необходимы дополнительные исследования для дальнейшей оценки эффективности жидкости для усовершенствованных геотермальных систем. Фернандес и его команда планируют лабораторные исследования, чтобы изучить возможность переработки жидкости и ее способность к разрушению крупных кусков породы. Их конечной целью является проведение контролируемого испытания в полевых условиях.
Группа также недавно начала финансируемое исследование, чтобы изучить подобную жидкость для нетрадиционной добычи нефти и газа. Эта жидкость использовала бы другой полиамин, связанный с химическим компонентом, используемым в геотермальном экстрагенте. Обе жидкости являются стабильными и могут выдерживать экстремальные температуры, давления и уровни кислотности. Многие из жидкостей, используемые для добычи нефти и газа ухудшаются со временем, что делает их менее эффективными в течение долгого времени. Эта характеристика, в сочетании с пониженным использованием воды, нетоксичностью и потенциалом для переработки, делает PNNL жидкость подходящей для использованиz в добыче нефти и газа.
|
