FORGE կայքը Յուտայում:
Էրիկ Լարսոն (Flashpoint SLC):
ԱՄՆ Էներգետիկայի նախարարությունը (DOE) ֆինանսավորել է FORGE կոչվող նախագիծը, որտեղ տաք գրանիտե ժայռերը փորվելու և կոտրվելու են՝ օգտագործելով նավթի և գազի լավագույն տեխնոլոգիաները: Ընդհանուր նպատակն է տեսնել, թե արդյոք ջուրը, որը մղվում է ջրհորից ներքև, կարող է շրջանառվել գրանիտի միջով և ջեռուցվել, նախքան երկրորդ ջրհորը մղելը՝ էլեկտրաէներգիա արտադրող տուրբինները քշելու համար:
Ջոն ՄաքԼենանը, Յուտայի համալսարանի Քիմիական ճարտարագիտության բաժինը, այս DOE նախագծի համահիմնական քննիչն է: Այս թեմայի վերաբերյալ վեբինար շնորհանդեսը հովանավորվել է NSI-ի կողմից 6 թվականի ապրիլի 2022-ին. Ֆrontier աստղադիտարան երկրաջերմային էներգիայի հետազոտությունների համար (FORGE). Թարմացում և հեռանկար
Ստորև ներկայացնում ենք Ջոն ՄաքԼենանին տրված հարցերը և նրա պատասխանները:
++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
Ջոն ՄաքԼենան.
Ջ Մաքլենան
Q1. Կարո՞ղ եք ներկայացնել երկրաջերմային էներգիայի համառոտ պատմությունը:
Իտալիայի Larderello-ում վաղ աշխատանքից սկսած՝ 1900-ականների սկզբին, երկրաջերմային էներգիան (էլեկտրական արտադրության և ուղղակի օգտագործման համար) ընդլայնվել է մինչև տեղադրված. էլեկտրաէներգիայի արտադրության հզորությունը 15.6 ԳՎտ (GigaWatts of electricity) 2021 թվականին: Օգտագործումը գլոբալ է՝ աշխարհի ավելի քան 25 երկիր: Այնուամենայնիվ, տեղաբաշխումը դեռևս աշխարհի էներգետիկ պորտֆելի փոքր մասն է կազմում: Նայելով այս գլոբալ բաշխմանը, պայմանականորեն, երկրաջերմային էներգիան սահմանափակվում է բարձր ջերմաստիճանի մերձմակերևութային արտահայտությամբ, ինչպես դա տեղի կունենա ափսեների սահմանների, հրաբուխների և այլնի մոտ:
ԱՄՆ-ն ունի երկրաջերմային էլեկտրաէներգիայի արտադրության ամենամեծ հզորությունը, որին հաջորդում են Ինդոնեզիան, Ֆիլիպինները, Թուրքիան, Նոր Զելանդիան, Մեքսիկան, Իտալիան, Քենիան, Իսլանդիան, Ճապոնիան: Միացյալ Նահանգներում այդ գործողություններից երկրաջերմային էներգիա արտադրող հորերը կարող են միջինը 4-ից 6 ՄՎտ: Որպես կանոն, 392°F (200°C) և հոսում է 9 bpm (378 gpm) արագությամբ, 1 ՄՎտ-ի կարգով կարող է արտադրել, միգուցե սպասարկել 759-ից մինչև 1000 տուն Միացյալ Նահանգներում:
Երկրաջերմային էլեկտրակայանները տարբերվում են չափերով՝ մի քանի հորատանցքերից (ոմանք արտադրում են մինչև 50 ՄՎտ) մինչև բազմաթիվ հորեր: «Գեյզերները, …, երկրաջերմային էլեկտրակայանների ամենամեծ համալիրն է աշխարհում: Calpine-ը` ԱՄՆ-ի երկրաջերմային էներգիայի ամենամեծ արտադրողը, ունի և շահագործում է 13 էլեկտրակայաններ The Geysers-ում` մոտ 725 մեգավատ էլեկտրաէներգիա արտադրելու զուտ հզորությամբ, ինչը բավարար է 725,000 տուն կամ Սան Ֆրանցիսկոյի չափ քաղաքը սնուցելու համար:
Սովորական երկրաջերմային էներգահամակարգ.
Ջեֆ Հուլեն և Դագ Ջենսեն, EGI:
Q2. Որո՞նք են ուժեղացված երկրաջերմային համակարգերը և որտեղ է կիրառվում ֆրեյքը:
Մոտ հիսուն տարի առաջ ուժեղացված երկրաջերմային համակարգերի (EGS) հայեցակարգը նախատեսվել էր Լոս Ալամոսի գիտական լաբորատորիաների (այժմ՝ LANL) գիտնականների և ինժեներների կողմից: Այն ժամանակ հայեցակարգը հայտնի էր որպես տաք չոր քար (HDR): Մեթոդաբանությունից մեկը ներարկման և արտադրական հորատանցքի հորատումն է և դրանք փոխկապակցող կոտրվածքների ստեղծումը: Այս կոտրվածքները ծառայում են որպես ջերմափոխանակիչներ, ինչպես մեքենայի ռադիատորը:
Այս փակ համակարգում ջուրն օգտագործվում է որպես աշխատանքային հեղուկ (ջուրը չի կորչում): Սառը հեղուկը ներարկվում է մեկ ջրհորով: Այն անցնում է կոտրվածքների միջով և դրանով իսկ ջերմություն է ստանում տաք ժայռից։ Այս տաք հեղուկը մակերևույթ է դուրս գալիս կրկնակի երկրորդ ջրհորի միջոցով: Մակերեւույթում ջեռուցվող հեղուկը կարող է գոլորշու վերածվել կամ անցնել օրգանական Rankine ցիկլի կայանի միջով՝ տուրբինն ու հետագայում գեներատորը վարելու համար: Ջուրը, հանված ջերմությամբ, վերաշրջանառվում է։
Թեև դա առողջ գաղափար է, բայց հաջողությունը խոչընդոտվել է իր բեղմնավորման պահից հիսուն տարիների ընթացքում: Թեև ամբողջ աշխարհում եղել են բազմաթիվ նախագծեր, գիտական հաջողությամբ, առևտրայնությունը չի հաջողվել ձեռք բերել, և այս օդաչուներում էլեկտրաէներգիայի արտադրությունը չի գերազանցել ~1 ՄՎտ-ը:
Այնուամենայնիվ, ԱՄՆ-ում ռեսուրսը նշանակալի է: Միացյալ Նահանգների արևմտյան մասում հաշվարկները կազմում են 519 ԳՎտ հորատման 15,000-ից մինչև 20,000 ֆուտից պակաս խորություններում: Հորատման ժամանակակից տեխնոլոգիան, որը հարմարեցված է նավթային արդյունաբերությունից, այս հորատումն իրագործելի է դարձնում: Զույգ այն զարգացումներով, որոնք թույլ են տալիս հորատել հորիզոնական հորեր և ստեղծել բազմաթիվ հիդրավլիկ կոտրվածքներ այս հորերի երկայնքով (պատկերացրեք, որ յուրաքանչյուր կոտրվածք ապահովում է զգալի մակերես ջերմափոխանակության համար) և Ընդլայնված երկրաջերմային համակարգերը հնարավոր են:
Կոտրվածքային համակարգի ստեղծումը հիդրավլիկ ճեղքման միջոցով առանցքային տարր է: Սա նորություն չէ։ Այն առաջին անգամ փորձարկվել է EGS-ի համար Fenton Hill-ում Նյու Մեքսիկոյի Ջեմեզ Կալդերայում, Լոս Ալամոսի ազգային լաբորատորիաների վաղ զարգացումների ժամանակ: Հատկանշական է, որ մեկ մեծ հիդրավլիկ կոտրվածք է մղվել 1983 թվականի դեկտեմբերին՝ երկու հորատանցքերի փոխկապակցման փորձի համար (մինչև ժամանակակից ուղղորդված հորատումը հեշտությամբ կիրառվելը): Այդ հիդրավլիկ խթանման ժամանակ 5.7 միլիոն գալոն ջուր՝ ավելացված շփման նվազեցնողով, մղվել է մինչև 50 հարված/րոպե արագությամբ (2100 գալոն/րոպե)՝ մինչև մոտ 12,000 psi ճնշման տակ: CaCO-ի նուրբ մասնիկներ3 ավելացվել են հեղուկի կորստի վերահսկման համար (կոտրվածքի համակարգը պարզեցնելու համար):
Fenton Hill-ից, աշխարհի այլ վայրերից և այլ արդյունահանող արդյունաբերություններից քաղված դասերը (թեք և հորիզոնական հորատում, բազմաստիճան ճեղքվածք) խրախուսեցին Միացյալ Նահանգների էներգետիկայի նախարարությանը (DOE) նախաձեռնել նորացված հետազոտական ծրագիր, որը հայտնի է որպես FORGE (Frontier Observatory): երկրաջերմային էներգիայի հետազոտությունների համար) դաշտային լաբորատորիա կառուցել՝ նոր տեխնոլոգիաներ փորձարկելու համար, որոնք թույլ կտան EGS-ի առևտրայնացումը:
Q3. Պատմեք մեզ Յուտայում FORGE նախագծի վայրի մասին և ինչու է այն ընտրվել:
DOE-ն հովանավորել է մրցույթ Միացյալ Նահանգների հինգ հայտնի EGS վայրերի միջև: Այն հետագայում «ներքև ընտրվեց» Ֆելոնում, Նևադայում և Միլֆորդում, Յուտա նահանգներում: 2019 թվականին Միլֆորդի տեղանքը, ի վերջո, ընտրվեց որպես FORGE դաշտային լաբորատորիայի գտնվելու վայր (տես նկարը գրառման վերևում):
Ընտրության չափանիշները ներառում էին 1) ջրամբարի ջերմաստիճանը 175-ից մինչև 225°C (բավականին տաք է հայեցակարգերն ապացուցելու համար, բայց ոչ այնքան տաք, որ խոչընդոտվի տեխնոլոգիայի զարգացմանը), 2) 1.5 կմ-ից ավելի խորություններում (բավականաչափ խորություն, որպեսզի հնարավոր լինի հորատման տեխնոլոգիայի զարգացումը) , 3) ցածր թափանցելիությամբ քար (գրանիտ FORGE-ի տեղամասում), 4) շահագործման ընթացքում սեյսմիկություն առաջացնելու ցածր ռիսկ, 5) ցածր բնապահպանական ռիսկեր և 6) սովորական երկրաջերմային համակարգի հետ կապ չունենալը:
++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
Մաս 2-ը կշարունակի թեման՝ անդրադառնալով հետևյալ հարցերին ու պատասխաններին.
Q4. Ո՞րն է ներարկման և արտադրական հորերի հիմնական ձևավորումը:
Q5. Կարո՞ղ եք լավ ամփոփել ներարկման երեք ֆրակ բուժումը և դրանց արդյունքները:
Q6. Ո՞րն է առևտրային կիրառման ներուժը:
Աղբյուր՝ https://www.forbes.com/sites/ianpalmer/2022/05/19/an-enhanced-geothermal-system-uses-oil-and-gas-technology-to-mine-low-carbon-energy- մաս 1/