Ang Pinahusay na Geothermal System ay Gumagamit ng Teknolohiya ng Langis At Gas Para Magmina ng Mababang-Carbon na Enerhiya. Bahagi 1.

Pinondohan ng US Department of Energy (DOE) ang isang proyekto na tinatawag na FORGE kung saan ang mainit na granite rock ay bubutasan at i-frack gamit ang pinakamahusay na teknolohiya ng langis at gas. Ang pangkalahatang layunin ay makita kung ang tubig na ibinomba pababa sa isang balon ay maaaring mailipat sa granite at magpainit bago magbomba ng pangalawang balon upang magmaneho ng mga turbine na gumagawa ng kuryente.

Si John McLennan, Department of Chemical Engineering, University of Utah, ay ang co-principal investigator para sa proyektong ito ng DOE. Isang presentasyon sa webinar sa paksang ito ang na-sponsor ng NSI noong Abril 6, 2022: Frontier Observatory for Research in Geothermal Energy (FORGE): Isang Update at Lookahead

Ang mga sumusunod ay mga tanong na ibinigay kay John McLennan, at ang kanyang mga sagot.

+ + + ++++++++ + + + + +....

Q1. Maaari ka bang magbigay ng maikling kasaysayan ng geothermal energy?

Mula sa maagang trabaho sa Larderello sa Italya, noong unang bahagi ng 1900s, ang geothermal energy (para sa pagbuo ng kuryente at direktang paggamit) ay lumawak sa isang naka-install na kapasidad ng pagbuo ng kuryente na 15.6 GWe (GigaWatts ng kuryente) sa 2021. Ang paggamit ay pandaigdigan – higit sa 25 bansa sa buong mundo. Gayunpaman, ang alokasyon ay maliit pa ring bahagi ng portfolio ng enerhiya sa mundo. Kung titingnan ang pandaigdigang distribusyon na ito, ayon sa kaugalian, ang geothermal na enerhiya ay napipilitan sa malapit sa ibabaw na pagpapahayag ng mataas na temperatura gaya ng mangyayari malapit sa mga hangganan ng plate, mga bulkan, atbp.

Ang United States ang may pinakamalaking naka-install na geothermal electric generation capacity, na sinusundan ng Indonesia, Philippines, Turkey, New Zealand, Mexico, Italy, Kenya, Iceland, Japan. Sa mga operasyong ito sa United States, ang mga balon na gumagawa ng geothermal na enerhiya ay maaaring nasa average na 4 hanggang 6 MWe. Bilang isang panuntunan-of-thumb, sa 392°F (200°C) at dumadaloy sa 9 bpm (378 gpm), sa pagkakasunud-sunod ng 1 MWe ay maaaring makabuo, marahil ay nagseserbisyo sa 759 hanggang 1000 na tahanan sa United States.

Nag-iiba-iba ang laki ng mga geothermal power plant, mula sa ilang balon (ang ilan ay gumagawa ng hanggang 50 MWe) hanggang sa maraming balon. “Ang Geysers, …, ay ang pinakamalaking complex ng geothermal power plant sa mundo. Ang Calpine, ang pinakamalaking geothermal power producer sa US, ay nagmamay-ari at nagpapatakbo ng 13 power plant sa The Geysers na may net generating capacity na humigit-kumulang 725 megawatts ng kuryente – sapat na para makapagbigay ng kuryente sa 725,000 bahay o isang lungsod na kasing laki ng San Francisco.”

Q2. Ano ang mga pinahusay na geothermal system, at saan inilalapat ang fracking?

Humigit-kumulang limampung taon na ang nakalipas, ang konsepto ng Enhanced Geothermal Systems (EGS) ay naisip ng mga siyentipiko at inhinyero sa Los Alamos Scientific Laboratories (LANL ngayon). Noon, ang konsepto ay kilala bilang hot dry rock (HDR). Ang isang pamamaraan ay ang pag-drill ng isang balon ng iniksyon at isang balon ng produksyon at lumikha ng mga bali na nag-uugnay sa kanila. Ang mga bali na ito ay nagsisilbing mga heat exchanger – katulad ng radiator sa isang sasakyan.

Ang tubig ay ginagamit bilang isang gumaganang likido sa saradong sistemang ito (ang tubig ay hindi nawawala). Ang malamig na likido ay itinuturok sa isang balon. Ito ay dumadaan sa mga bali at sa paggawa nito ay nakakakuha ng init mula sa mainit na bato. Ang mainit na likido na ito ay ginawa sa ibabaw sa pamamagitan ng pangalawang balon sa doublet. Sa ibabaw, ang pinainit na likido ay maaaring i-flash sa singaw o tumakbo sa isang organic na Rankine cycle plant upang magmaneho ng turbine at pagkatapos ay isang generator. Ang tubig, na may init na kinuha, ay muling inilipat.

Bagama't ito ay isang mahusay na ideya, ang tagumpay ay napigilan sa loob ng limampung taon mula noong ito ay nabuo. Bagama't nagkaroon ng maraming proyekto sa buong mundo, na may siyentipikong tagumpay, hindi pa nakakamit ang komersyalidad at ang electric generation sa mga piloto na ito ay hindi lumampas sa ~1 MWe.

Sa US gayunpaman, ang mapagkukunan ay makabuluhan. Sa kanlurang Estados Unidos, ang mga pagtatantya ay 519 GWe sa lalim ng pagbabarena na mas mababa sa 15,000 hanggang 20,000 talampakan. Ang modernong teknolohiya sa pagbabarena, na inangkop mula sa industriya ng petrolyo ay ginagawang posible ang pagbabarena na ito. Mag-asawa na may mga pagpapaunlad na nagpapahintulot sa pagbabarena ng mga pahalang na balon at paglikha ng maraming hydraulic fracture sa kahabaan ng mga balon na ito (isipin na ang bawat bali ay nagbibigay ng malaking lugar sa ibabaw para sa pagpapalitan ng init) at ang Pinahusay na Geothermal System ay magagawa.

Ang paglikha ng sistema ng bali sa pamamagitan ng hydraulic fracturing ay isang pangunahing elemento. Hindi na ito bago. Ito ay unang sinubukan para sa EGS sa Fenton Hill site sa Jemez Caldera sa New Mexico, sa panahon ng maagang pag-unlad ng Los Alamos National Laboratories. Tandaan, ang isang malaking haydroliko na bali ay nabomba noong Disyembre 1983 upang subukang magkabit ng dalawang balon (bago ang modernong direksyong pagbabarena ay madaling ilapat). Sa hydraulic stimulation na iyon, 5.7 milyong gallon ng tubig na may idinagdag na friction reducer ay ibinomba nang hanggang 50 bpm (2100 gallons kada minuto) sa downhole pressures hanggang sa humigit-kumulang 12,000 psi. Mga pinong particle ng CaCO₃ ay idinagdag para sa kontrol ng pagkawala ng likido (upang gawing simple ang sistema ng bali).

Ang mga aral na natutunan mula sa Fenton Hill, iba pang mga site sa buong mundo, at mga teknolohiya mula sa iba pang mga industriya ng pagkuha (hilig at pahalang na pagbabarena, multistage fracturing) ay hinikayat ang Departamento ng Enerhiya (DOE) ng Estados Unidos na magpasimula ng isang panibagong programa sa pananaliksik na kilala bilang FORGE (Frontier Observatory para sa Pananaliksik sa Geothermal Energy) na bumuo ng field laboratoryo upang subukan ang mga bagong teknolohiya na magpapahintulot sa komersyalisasyon ng EGS.

Q3. Sabihin sa amin ang tungkol sa site ng FORGE project sa Utah at kung bakit ito napili.

Nag-sponsor ang DOE ng kompetisyon sa limang kilalang lokasyon ng EGS sa United States. Ito ay pagkatapos ay "down-select" sa mga site sa Fallon, Nevada, at Milford, Utah. Noong 2019, napili ang Milford site bilang lokasyon ng FORGE field laboratory (tingnan ang larawan sa tuktok ng post).

Kasama sa pamantayan para sa pagpili ang 1) mga temperatura ng reservoir sa pagitan ng 175 at 225°C (sapat na mainit upang patunayan ang mga konsepto ngunit hindi masyadong mainit kaya napipigilan ang pag-unlad ng teknolohiya), 2) sa lalim na higit sa 1.5 km (sapat na malalim na kaya ang pagbuo ng teknolohiya sa pagbabarena ay magagawa) , 3) mababang permeability na bato (granite sa FORGE site), 4) mababang panganib na magdulot ng seismicity sa panahon ng operasyon, 5) mababang panganib sa kapaligiran, at 6) walang koneksyon sa isang conventional geothermal system.

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

Ipagpapatuloy ng Bahagi 2 ang paksa sa pamamagitan ng pagtugon sa mga sumusunod na tanong at sagot:

Q4. Ano ang pangunahing disenyo ng mga balon ng iniksyon at produksyon?

Q5. Maaari mo bang ibuod ang tatlong frac treatment sa iniksyon na mabuti at ang mga resulta nito?

Q6. Ano ang potensyal para sa komersyal na aplikasyon?