Gelişmiş Jeotermal Sistem, Düşük Karbonlu Enerji Madenciliği İçin Petrol ve Gaz Teknolojisini Kullanıyor. Bölüm 1.

ABD Enerji Bakanlığı (DOE), en iyi petrol ve gaz teknolojisi kullanılarak sıcak granit kayanın delineceği ve kırılacağı FORGE adlı bir projeyi finanse etti. Genel bir amaç, bir kuyudan aşağı pompalanan suyun, elektrik üreten türbinleri çalıştırmak için ikinci bir kuyuya pompalanmadan önce granitten dolaştırılıp ısıtılıp ısıtılmayacağını görmektir.

Utah Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümü'nden John McLennan, bu DOE projesinin ortak araştırmacısıdır. Bu konuyla ilgili bir web semineri sunumu, 6 Nisan 2022'de NSI sponsorluğunda yapıldı: Frontier Jeotermal Enerji Araştırmaları Gözlemevi (FORGE): Bir Güncelleme ve Öngörü

Aşağıda John McLennan'a yöneltilen sorular ve yanıtları yer almaktadır.

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

S1. Jeotermal enerjinin kısa bir tarihçesini verebilir misiniz?

1900'lerin başında İtalya'daki Larderello'da yapılan erken çalışmalardan itibaren, jeotermal enerji (elektrik üretimi ve doğrudan kullanım için) kurulu bir alana yayıldı. 15.6 GWe elektrik üretim kapasitesi (GigaWatt elektrik) 2021'de. Kullanım küreseldir – dünya çapında 25'ten fazla ülke. Ancak, tahsis hala dünyanın enerji portföyünün küçük bir bölümünü oluşturmaktadır. Bu küresel dağılıma bakıldığında, geleneksel olarak, jeotermal enerji, levha sınırları, volkanlar vb. yakınında meydana gelebilecek yüksek sıcaklığın yüzeye yakın ifadesi ile sınırlıdır.

Amerika Birleşik Devletleri en büyük kurulu jeotermal elektrik üretim kapasitesine sahiptir ve onu Endonezya, Filipinler, Türkiye, Yeni Zelanda, Meksika, İtalya, Kenya, İzlanda, Japonya izlemektedir. Amerika Birleşik Devletleri'ndeki bu operasyonlardan jeotermal enerji üreten kuyular ortalama 4 ila 6 MWe olabilir. Genel bir kural olarak, 392°F'de (200°C) ve 9 bpm'de (378 gpm'de) akış halinde, 1 MWe mertebesinde üretebilir, belki Amerika Birleşik Devletleri'nde 759 ila 1000 eve hizmet verebilir.

Jeotermal santrallerin büyüklükleri birkaç kuyudan (bazıları 50 MWe'ye kadar üretim yapan) çok sayıda kuyuya kadar değişmektedir. “Gaysers, …, dünyadaki en büyük jeotermal enerji santrali kompleksidir. ABD'deki en büyük jeotermal enerji üreticisi olan Calpine, The Geysers'ta yaklaşık 13 megawatt elektrik üretim kapasitesine sahip 725 enerji santralinin sahibi ve işletmecisidir - 725,000 eve veya San Francisco büyüklüğünde bir şehre güç sağlamaya yetecek kadar."

S2. Gelişmiş jeotermal sistemler nelerdir ve kırılma nerede uygulanır?

Yaklaşık elli yıl önce, Gelişmiş Jeotermal Sistemler (EGS) kavramı, Los Alamos Bilimsel Laboratuvarlarında (şimdi LANL) bilim adamları ve mühendisler tarafından tasavvur edildi. O zamanlar konsept sıcak kuru kaya (HDR) olarak biliniyordu. Bir metodoloji, bir enjeksiyon kuyusu ve bir üretim kuyusu açmak ve bunları birbirine bağlayan kırıkları oluşturmaktır. Bu çatlaklar, bir otomobildeki radyatöre çok benzer şekilde, ısı eşanjörü görevi görür.

Bu kapalı sistemde çalışma akışkanı olarak su kullanılır (su kaybolmaz). Soğuk sıvı bir kuyuya enjekte edilir. Kırıklardan geçer ve bunu yaparken sıcak kayadan ısı alır. Bu sıcak sıvı, ikilideki ikinci kuyudan yüzeye üretilir. Yüzeyde, ısıtılan sıvı buhara dönüştürülebilir veya bir türbini ve ardından bir jeneratörü çalıştırmak için organik bir Rankine çevrim tesisinden geçirilebilir. Alınan ısı ile su yeniden sirküle edilir.

Her ne kadar sağlam bir fikir olsa da, tasavvur edilmesinden bu yana geçen elli yıl boyunca başarı engellendi. Dünya çapında bilimsel başarı ile birden fazla proje yapılırken, ticarileşme sağlanamamış ve bu pilotlarda elektrik üretimi ~1 MWe'yi geçmemiştir.

Ancak ABD'de kaynak önemlidir. Batı Amerika Birleşik Devletleri'nde, tahminler 519 ila 15,000 fitten daha az sondaj derinliklerinde 20,000 GWe'dir. Petrol endüstrisinden uyarlanan modern sondaj teknolojisi, bu sondajı mümkün kılar. Bunu, yatay kuyuların delinmesine ve bu kuyular boyunca çok sayıda hidrolik çatlak oluşturulmasına izin veren gelişmelerle birleştirin (her kırığın ısı değişimi için önemli yüzey alanı sağladığını düşünün) ve Gelişmiş Jeotermal Sistemler uygulanabilir.

Hidrolik kırılma ile kırılma sisteminin oluşturulması kilit bir unsurdur. Bu yeni değil. EGS için ilk olarak Los Alamos Ulusal Laboratuvarları tarafından erken geliştirmeler sırasında New Mexico'daki Jemez Caldera'daki Fenton Hill sahasında denendi. Dikkate değer, iki kuyuyu birbirine bağlamaya çalışmak için Aralık 1983'te pompalanan büyük bir hidrolik kırılmadır (modern yönlü sondaj kolayca uygulanmadan önce). Bu hidrolik uyarımda, ilave sürtünme azaltıcılı 5.7 milyon galon su, yaklaşık 50 psi'ye kadar olan kuyu içi basınçlarda 2100 bpm'ye (dakikada 12,000 galon) kadar pompalandı. İnce CaCO parçacıkları₃ sıvı kaybı kontrolü için eklendi (kırık sistemini basitleştirmek için).

Fenton Hill'den, dünyanın diğer bölgelerinden alınan dersler ve diğer maden çıkarma endüstrilerinden (eğimli ve yatay sondaj, çok aşamalı kırılma) teknolojiler, Amerika Birleşik Devletleri Enerji Bakanlığı'nı (DOE) FORGE (Frontier Observatory) olarak bilinen yenilenmiş bir araştırma programını başlatmaya teşvik etti. Jeotermal Enerjide Araştırma için) EGS'nin ticarileştirilmesine izin verecek yeni teknolojileri test etmek için bir saha laboratuvarı kurmak.

S3. Bize Utah'daki FORGE projesinin yeri ve neden seçildiği hakkında bilgi verin.

DOE, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki önde gelen beş EGS lokasyonu arasında bir yarışmaya sponsor oldu. Bu daha sonra Fallon, Nevada ve Milford, Utah'daki sitelere "aşağı seçildi". 2019'da Milford sahası, FORGE saha laboratuvarının yeri olarak nihayetinde seçildi (yazının üstündeki resme bakın).

Seçim kriterleri şunları içeriyordu: 1) 175 ve 225 °C arasındaki rezervuar sıcaklıkları (kavramları kanıtlamak için yeterince sıcak, ancak teknoloji gelişimini engelleyebilecek kadar sıcak değil), 2) 1.5 km'den fazla derinliklerde (sondaj teknolojisi geliştirmenin mümkün olduğu kadar derin) , 3) düşük geçirgenliğe sahip kaya (FORGE sahasındaki granit), 4) operasyonlar sırasında sismisiteye neden olma riski düşük, 5) düşük çevresel riskler ve 6) geleneksel bir jeotermal sisteme bağlantı yok.

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

Bölüm 2, aşağıdaki soru ve cevapları ele alarak konuya devam edecektir:

S4. Enjeksiyon ve üretim kuyularının temel tasarımı nedir?

S5. Enjeksiyon kuyusundaki üç frak tedavisini ve sonuçlarını özetleyebilir misiniz?

S6. Ticari uygulama potansiyeli nedir?