Pagerintos geoterminės sistemos (EGS): kas tai ir kaip veikia
Pagerintos geoterminės sistemos (EGS): sužinokite, kaip veikia EGS, kaip jos plečia geoterminės energijos panaudojimą už tradicinių regionų ribų ir pritaikymas ateičiai.
Pagerinta geoterminė sistema (EGS) - tai geoterminės energijos sistema, kuri gali gaminti elektros energiją, kai nėra natūralaus požeminio vandens. Ilgą laiką geoterminė energija galėjo būti gaminama tik tada, kai vienoje vietoje buvo karštos uolienos, požeminis vanduo ir uolienų įtrūkimai. Dabar kuriami nauji šio energijos šaltinio gavimo būdai. Vietoves, kuriose galbūt galima naudoti energiją, žmonės turi pakeisti, kad energija būtų tinkama naudoti. Šiose vietovėse gali prireikti požeminio vandens ir (arba) uolienų įtrūkimų, arba plyšių tinklo. Pagerintos geoterminės sistemos leidžia geoterminę energiją gauti už įprastų geoterminių teritorijų ribų, pavyzdžiui, aktyvių plokščių ribos, į mažiau aktyvias teritorijas, pavyzdžiui, Jungtinių Amerikos Valstijų vakarus.
Kas yra EGS ir kuo jos skiriasi nuo tradicinės geoterminės energijos?
Pagerintos geoterminės sistemos (EGS) — tai technologijos, skirtos išskirti šilumą iš karštų, bet sausių uolienų sluoksnių, kur natūralus vandens cirkuliacijos tinklas nėra pakankamas. Tradiciniu atveju reikia trijų elementų: karštos uolienos, požeminio vandens ir porėtų/plyšių, kuriais vanduo gali cirkuliuoti. EGS bando sukurti ar pagerinti tą poringumą bei pralaidumą dirbtinai, kad būtų įmanoma cirkuliuoti šilumnešį (dažniausiai vandenį) ir pernešti šilumą į paviršių.
Kaip veikia EGS — pagrindiniai etapai
- Vietos parinkimas ir žvalgyba: geofiziniai matavimai, gręžiniai, temperatūros ir uolienų savybių analizė.
- Gręžiniai: gręžiami tiek injekcijos, tiek gamybos šuliniai, dažnai kelis kilometrus gylio.
- Stimulacija: atliekama hidraulinė ar kita stimulacija (pvz., cheminė, terminė arba sprogdinimas mažomis dalelėmis), kad būtų sukurtas arba praplėstas plyšių tinklas, leidžiantis vandeniui cirkuliuoti per karštas uolienas.
- Cirkuliacija: vanduo (ar kitas šilumnešis) pumpuojamas į injekcinį šulinį, praeina per karštas uolienas, įšyla ir grįžta į gamybos šulinį.
- Energijos išgavimas: karštas fluidas paviršiuje perteikia šilumą šilumokaičiams; generuojama elektros energija (pvz., garais varomais turbinomis arba binarinėmis ciklų sistemomis) arba naudojama tiesioginiam šildymui.
- Reinjektavimas: atvėsęs fluidas vėl įleidžiamas atgal į požeminę sistemą, užtikrinant tvarų ciklą.
Privalumai
- Platesnė taikymo zona: EGS gali atverti geoterminės energijos šaltinius vietovėse, kur nėra natūralios hidrotermalų sistemos.
- Pastovus energijos tiekimas: geoterminė energija gali tiekti baziinę (base-load) elektros energiją nepriklausomai nuo oro sąlygų.
- Mažos emisijos: palyginti su iškastiniu kuru, geoterminė energija sukelia mažai CO2 ir kitų teršalų.
- Aukštas našumas ilguoju laikotarpiu: tinkamai valdant reinjektavimą, šilumos šaltinis gali būti naudojamas dešimtmečius.
Rizikos ir iššūkiai
- Indukuota seizmika: uolienų stimuliacija gali sukelti mažesnio arba vidutinio intensyvumo žemės drebėjimus. Tai valdomo rizika reikalauja aktyvios stebėsenos, mikroseismikos tinklų ir „traffic-light“ (stop/go) sistemų.
- Vandens naudojimas ir chemija: EGS gali reikalauti didelio kiekio vandens arba sukelti cheminius pokyčius (išskyras, koroziją). Uždara atkūrimo schema ir filtravimas padeda sumažinti poveikį.
- Aukštos pradines investicijos: gilūs gręžiniai ir stimuliacija yra brangūs, o projektai turi ilgesnį vystymosi laiką ir išankstinį technologinį rizikos kapitalą.
- Reguliavimas ir priėmimas visuomenėje: vietos bendruomenės ir reguliatoriai gali reikšti susirūpinimą dėl seismikos arba vandens vartojimo.
Aplinkos apsauga ir rizikos mažinimas
Siekiant sumažinti nepageidaujamą poveikį, EGS projektai taiko šias priemones:
- išsami geologinė ir seismologinė žvalgyba prieš pradedant darbams;
- nepertraukiama mikroseismikos stebėsena projekto metu;
- adaptacinės tvarkos (pvz., „traffic-light“ sistemos) stimuliacijos intensyvumui reguliuoti;
- uždaros cirkuliacijos ir reinjektavimo schemos, mažinančios šilumnešio praradimą ir paviršinio vandens taršos riziką;
- cheminių procesų valdymas ir tinkamos medžiagos naudotoji antikorozinė bei cheminė apsauga įrangai.
Technologinė pažanga ir ateities perspektyvos
EGS technologija tobulėja — gerėja gręžimo technika, stimuliacijos metodai, visuomenės informavimas ir reglamentavimas. Taip pat vystomi alternatyvūs sprendimai, pvz., uždaro ciklo EGS, kur šilumnešis cirkuliuoja per vamzdynų sistemą be tiesioginio kontakto su uoliena, kas sumažina mikroseizmikos riziką ir taršą. Yra ir perspektyva naudoti aukštesnės temperatūros ar net superkritines sąlygas siekiant didesnio efektyvumo.
Praktiniai pavyzdžiai ir bandymai
EGS idėjos ir pilotiniai projektai buvo vykdomi įvairiose pasaulio šalyse — įskaitant Europą, Australiją ir JAV. Dauguma jų yra demonstraciniai ir skirtie parengti technologiją plačiam pritaikymui bei parodyti galimus ekonominius ir aplinkos aspektus realiomis sąlygomis.
Išvados
Pagerintos geoterminės sistemos suteikia galimybę išplėsti geoterminės energijos panaudojimą už tradicinių hidroterminių zonų ribų ir potencialiai tapti svarbia, stabilia žemo anglies dioksido kiekio energijos šaltinio dalimi. Tačiau sėkmingam EGS plėtojimui reikia kruopštaus žemės gelmių įvertinimo, technologinių sprendimų rizikos valdymo bei visuomenės ir reguliatorių pritarimo.
Patobulinta geoterminė sistema
Procesas ir plėtra
- Žemė turi būti apžiūrėta
- kokia yra požeminių uolienų [temperatūra]?
- ar yra geras lūžių tinklas?
- ar ten yra natūraliai esančio vandens?
- ko reikia norint sukurti veikiančią EGS.
- Atlikite reikiamus sistemos pakeitimus
Norint pirmiausia patekti į karštąsias uolienas, reikia kruopščiai iškasti skyles 1000 metrų po žemės paviršiumi. Gręžiniai negali būti arčiau kaip 40 metrų vienas nuo kito, kad šiluma nebūtų vagiama iš vieno gręžinio į kitą. Tada į gręžinius kontroliuojamu, moksliškai nustatytu greičiu pilamas vanduo, kad būtų galima sukurti plyšių tinklą ir naudoti energijos gamybai. Įtrūkimai arba lūžiai susidaro dėl frackingo arba priverstinio plyšių atsivėrimo dėl vandens slėgio, sukeliančio nedidelius seisminius įvykius, retai juntamus paviršiuje. Sukūrus pakankamai gerą plyšių sistemą, pašildytas vanduo gali būti išpumpuojamas iš gavybos gręžinio į elektrinę, kad būtų panaudotas pasirinktame energijos gavybos procese, ir vėl cirkuliuoti. Siekiant padidinti tikimybę, kad vanduo tekės gavybos gręžinio kryptimi, galima išgręžti mikrodurų masyvus, kad būtų didesnė tikimybė, jog plyšiai susijungs tinkamu energijos gamybai keliu. Šios skylės yra mažesnio nei 4 colių pločio ir driekiasi nuo vandens papildymo ir vandens paėmimo gręžinių.
- Eksploatuoti ir prižiūrėti elektrinę
Žalioji energija
Senų šulinių perdirbimas
Geotermines sistemas taip pat galima patobulinti perdirbant senus naftos ir dujų gręžinius geoterminiam naudojimui. Šiuos gręžinius pakeisti šilumos gavybai yra pigiau nei gręžti naujus gręžinius. Šiuose gręžiniuose nėra fizinio kontakto tarp vandens ir šilumos šaltinio. Šie gręžiniai yra sudaryti iš dviejų cilindrų: didesnio ir mažesnio. Mažesnysis cilindras telpa didesniajame ir iš jo pumpuojamas pašildytas vanduo. Vanduo įterpiamas tarp vidinio ir išorinio vamzdžio pamušalo. Dėl to, kad nėra tiesioginio kontakto su karštomis uolienomis ir dėl geros izoliacinės medžiagos trūkumo prarandama šiek tiek šilumos, energijos išeiga nėra tokia didelė kaip įprastose geoterminėse sistemose.
Šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimas
Kai kurie teigia, kad ši energijos rūšis yra viena iš ekologiškiausių alternatyvių energijos rūšių. Tyrimuose teigiama, kad du iš trijų geoterminės energijos gamybos būdų - blyksninis ir sausas garas - išskiria mažiau nei 7 proc. šiltnamio efektą sukeliančių dujų, kurias išskiria iškastinis kuras. Trečiasis būdas, vadinamas uždarąja dvinario ciklo sistema, išskiria beveik nulį šiltnamio efektą sukeliančių dujų). Daugiausia teršalų išmetama tada, kai gręžiniai varomi dyzeliniu kuru. EGS gyvavimo ciklo analizės tyrimai parodė, kad gera korekcija būtų gręžinius prijungti prie elektros tinklo, taip sumažinant ir taip minimalų GEP elektrinių poveikį žmonių sveikatai, klimato kaitai ir ekosistemų kokybei. Šalininkai taip pat teigia, kad geoterminės energijos sistemos nepriklauso nuo besikeičiančių oro sąlygų, todėl tai patikimesnė energija, kurios gamyba yra pastovi.
JAV dalyvavimas
JAV turi didžiausius pasaulyje potencialius geoterminės energijos išteklius, tačiau tik 4 % visos suvartojamos energijos (15 mlrd. kWh) gaunama iš GEP. Kalifornijoje iš visų devynių geoterminę energiją naudojančių valstijų daugiausia geoterminių šilumos siurblių. Havajuose 20 % energijos gaunama iš geoterminių elektrinių. Žinios apie geoterminę energiją nėra gerai žinomos. Dėl to labai sunku gauti lėšų moksliniams tyrimams ir plėtrai. Taip pat žinoma, kad kūrėjams sunku gauti leidimus gręžti valstybinėje žemėje ir gauti finansavimą tiek iš federalinės vyriausybės, tiek iš išorės interesų grupių. Tačiau Senatas patvirtino du projektus, kurie padės pradėti bandomąjį EGS etapą.
1990 m. teisės aktais imtasi kurti pramonės plėtros paskatas. Tai bandyta padaryti 2005 m. Energetikos įstatymu ir 2007 m. Energetinės nepriklausomybės ir saugumo įstatymu, kuriuose numatytos mokesčių lengvatos ir Senato remiamos mokslinių tyrimų ir plėtros programos.
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra patobulinta geoterminė sistema (EGS)?
A.: Pagerinta geoterminė sistema (EGS) - tai geoterminės energijos sistema, kuri gali gaminti elektros energiją net tada, kai nėra natūralaus požeminio vandens.
K: Ko reikia, kad tradicinės geoterminės energijos sistemos gamintų energiją?
A.: Tradicinėms geoterminės energijos sistemoms reikia karštų uolienų, požeminio vandens ir uolienų įtrūkimų vienoje vietoje, kad būtų galima gaminti energiją.
K: Kokie yra patobulintų geoterminės energijos sistemų privalumai?
A.: Patobulintos geoterminės sistemos leidžia gaminti geoterminę energiją net tose vietovėse, kuriose nėra natūralių požeminio vandens šaltinių ir uolienų plyšių. Tai išplečia sritis, kuriose galima gaminti geoterminę energiją.
K.: Ar patobulintos geoterminės sistemos gali būti naudojamos vietovėse, kuriose nėra natūralių požeminio vandens šaltinių?
A: Taip, patobulintos geoterminės sistemos gali būti naudojamos vietovėse, kuriose nėra natūralių požeminio vandens šaltinių.
K: Ką žmonės turi pakeisti, kad teritorijos būtų tinkamos naudoti sustiprintoms geoterminėms sistemoms?
A.: Teritorijose, kuriose gali būti įrengtos sustiprintos geoterminės sistemos, žmonėms gali tekti pakeisti požeminį vandenį arba uolienų lūžių tinklą, arba ir viena, ir kita.
K.: Kur galima naudoti patobulintas geotermines sistemas ne įprastose geoterminėse teritorijose?
A.: Sustiprintos geoterminės sistemos gali būti naudojamos mažiau aktyviose teritorijose, pavyzdžiui, JAV vakaruose, už įprastų geoterminių teritorijų ribų, pavyzdžiui, aktyviose plokščių ribose.
K: Ką galima išgauti naudojant sustiprintas geotermines sistemas?
A.: Išplėstinės geoterminės sistemos gali gaminti elektros energiją.
Ieškoti