אתר FORGE ביוטה.
אריק לרסון (Flashpoint SLC).
משרד האנרגיה של ארה"ב (DOE) מימן פרויקט בשם FORGE שבו סלע גרניט לוהט יקדח ויתפרק תוך שימוש בטכנולוגיית הנפט והגז הטובה ביותר. מטרה כוללת היא לראות אם ניתן להזרים מים שנשאבו למטה באר אחת דרך הגרניט ולחמם לפני שאוב באר שני כדי להניע טורבינות שמייצרות חשמל.
ג'ון מקלן, המחלקה להנדסה כימית, אוניברסיטת יוטה, הוא החוקר הראשי של פרויקט DOE זה. מצגת מקוונת בנושא זה ניתנה בחסות NSI ב-6 באפריל 2022: Fמצפה הכוכבים של rontier למחקר באנרגיה גיאותרמית (FORGE): עדכון ומבט קדימה
להלן שאלות שהוצגו לג'ון מקלן, ותשובותיו.
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
ג'ון מקלן.
ג'יי מקלנן
שאלה 1. האם תוכל לספק היסטוריה קצרה של אנרגיה גיאותרמית?
מעבודה מוקדמת בלדרלו באיטליה, בתחילת שנות ה-1900, האנרגיה הגיאותרמית (ליצור חשמלי ושימוש ישיר) התרחבה לאנרגיה מותקנת כושר ייצור חשמלי של 15.6 GWe (GigaWatts של חשמל) בשנת 2021. הניצול הוא גלובלי - יותר מ-25 מדינות ברחבי העולם. עם זאת, הקצאה היא עדיין חלק קטן מתיק האנרגיה בעולם. בהסתכלות על התפלגות גלובלית זו, באופן קונבנציונלי, אנרגיה גיאותרמית מוגבלת לביטוי קרוב לפני השטח של טמפרטורה גבוהה כפי שהייתה מתרחשת ליד גבולות הלוחות, הרי געש וכו'.
לארצות הברית יש את קיבולת ייצור החשמל הגיאותרמית הגדולה ביותר, ואחריה אינדונזיה, הפיליפינים, טורקיה, ניו זילנד, מקסיקו, איטליה, קניה, איסלנד, יפן. מבין הפעולות הללו בארצות הברית, בארות המייצרות אנרגיה גיאותרמית עשויות להיות בממוצע 4 עד 6 MWe. ככלל אצבע, ב-392°F (200°C) וזרימה ב-9 פעימות לדקה (378 gpm), בסדר גודל של MWe 1 יכולים לייצר, אולי לתת שירות ל-759 עד 1000 בתים בארצות הברית.
תחנות כוח גיאותרמיות משתנות בגודלן, מכמה בארות (חלקן מייצרות עד 50 MWe) ועד בארות רבות. "הגייזרים,..., הם המתחם הגדול ביותר של תחנות כוח גיאותרמיות בעולם. קלפין, יצרנית החשמל הגיאותרמית הגדולה ביותר בארה"ב, מחזיקה ומפעילה 13 תחנות כוח ב-The Geysers עם כושר ייצור נטו של כ-725 מגה וואט של חשמל - מספיק כדי להפעיל 725,000 בתים או עיר בגודל של סן פרנסיסקו".
מערכת חשמל גיאותרמית קונבנציונלית.
ג'ף הולן ודאג ג'נסן, EGI.
שאלה 2. מהן מערכות גיאותרמיות משופרות, והיכן מיושמת הפראקינג?
לפני כחמישים שנה, הרעיון של מערכות גיאותרמיות משופרות (EGS) נחזו על ידי מדענים ומהנדסים במעבדות המדעיות של לוס אלמוס (כיום LANL). אז, המושג היה ידוע כרוק יבש (HDR). מתודולוגיה אחת היא לקדוח באר הזרקה ובאר הפקה וליצור את השברים המחברים ביניהם. שברים אלה משמשים כמחליפי חום - בדומה לרדיאטור ברכב.
מים משמשים כנוזל עבודה במערכת סגורה זו (מים לא הולכים לאיבוד). נוזל קר מוזרק לבאר אחת. הוא עובר דרך השברים ובכך רוכש חום מהסלע החם. הנוזל החם הזה מופק אל פני השטח דרך הבאר השנייה בכפילה. על פני השטח, ניתן להעביר את הנוזל המחומם לקיטור או לעבור דרך מפעל מחזור Rankine אורגני כדי להניע טורבינה ולאחר מכן גנרטור. המים, עם הוצאת החום, מוחזרים.
למרות שזה רעיון טוב, הצלחה נבלמה במשך חמישים השנים שחלפו מאז התפיסה. למרות שהיו מספר פרויקטים ברחבי העולם, עם הצלחה מדעית, מסחריות לא הושגה וייצור החשמל בפיילוטים אלה לא עלה על ~1 MWe.
בארה"ב לעומת זאת, המשאב משמעותי. במערב ארצות הברית, ההערכות הן 519 GWe בעומקי קידוח של פחות מ-15,000 עד 20,000 רגל. טכנולוגיית קידוח מודרנית, המותאמת מתעשיית הנפט הופכת את הקידוח הזה לאפשרי. שילוב זה עם פיתוחים המאפשרים קידוח בארות אופקיות ויצירת ריבוי של שברים הידראוליים לאורך בארות אלו (תארו לעצמכם שכל שבר מספק שטח פנים משמעותי לחילופי חום) ומערכות גיאותרמיות משופרות אפשריות.
יצירת מערכת השברים על ידי שבירה הידראולית היא מרכיב מפתח. זה לא חדש. זה נוסה לראשונה עבור EGS באתר פנטון היל בקלדרה ג'מז בניו מקסיקו, במהלך פיתוחים מוקדמים על ידי המעבדות הלאומיות של לוס אלמוס. יש לציין, שבר הידראולי גדול אחד נשאב בדצמבר 1983 כדי לנסות לחבר שתי בארות (לפני שהקידוח הכיווני המודרני הופעל בקלות). בגירוי הידראולי זה, נשאבו 5.7 מיליון ליטרים של מים עם מפחית חיכוך נוסף במהירות של עד 50 פעימות לדקה (2100 ליטרים לדקה) בלחצים למטה של עד כ-12,000 psi. חלקיקים עדינים של CaCO3 נוספו לבקרת איבוד נוזלים (כדי לפשט את מערכת השברים).
הלקחים שנלמדו מפנטון היל, מאתרים אחרים ברחבי העולם וטכנולוגיות מתעשיות מיצוי אחרות (קידוח משופע ואופקי, שבר רב-שלבי) עודדו את משרד האנרגיה של ארצות הברית (DOE) ליזום תוכנית מחקר מחודשת המכונה FORGE (Frontier Observatory למחקר באנרגיה גיאותרמית) לבנות מעבדת שדה לבדיקת טכנולוגיות חדשות שיאפשרו מסחור של EGS.
שאלה 3. ספר לנו על האתר של פרויקט FORGE ביוטה ולמה הוא נבחר.
ה-DOE נתן חסות לתחרות בין חמישה מקומות EGS בולטים בארצות הברית. לאחר מכן זה "נבחר למטה" לאתרים בפאלון, נבדה, ומילפורד, יוטה. בשנת 2019, אתר מילפורד נבחר בסופו של דבר כמיקום של מעבדת השדה FORGE (ראה תמונה בראש הפוסט).
הקריטריונים לבחירה כללו 1) טמפרטורות מאגר בין 175 ל-225 מעלות צלזיוס (חם מספיק כדי להוכיח מושגים אבל לא כל כך חם עד שהפיתוח הטכנולוגי נפגע), 2) בעומקים הגדולים מ-1.5 ק"מ (עמוק מספיק כדי שפיתוח טכנולוגיית קידוח אפשרי) , 3) סלע בעל חדירות נמוכה (גרניט באתר FORGE), 4) סיכון נמוך לגרימת סיסמיות במהלך פעולות, 5) סיכונים סביבתיים נמוכים ו-6) אין קשר למערכת גיאותרמית קונבנציונלית.
+++++++++++++++++++++++++++++++++
חלק 2 ימשיך את הנושא על ידי התייחסות לשאלות ולתשובות הבאות:
שאלה 4. מהו התכנון הבסיסי של בארות ההזרקה וההפקה?
שאלה 5. האם תוכל לסכם היטב את שלושת טיפולי הפראק בהזרקה ואת התוצאות שלהם?
שאלה 6. מה הפוטנציאל ליישום מסחרי?
מקור: https://www.forbes.com/sites/ianpalmer/2022/05/19/an-enhanced-geothermal-system-uses-oil-and-gas-technology-to-mine-low-carbon-energy- חלק 1/