強化された地熱システムは、石油とガスの技術を使用して低炭素エネルギーを採掘します。 パート1。

米国エネルギー省 (DOE) は、最高の石油およびガス技術を使用して高温の花崗岩を掘削し、破砕する FORGE と呼ばれるプロジェクトに資金を提供しました。 全体的な目標は、XNUMX つの井戸で汲み上げられた水を花崗岩の中を循環させて加熱してから、XNUMX 番目の井戸で汲み上げてタービンを駆動して発電できるかどうかを確認することです。

ユタ大学化学工学部のジョン・マクレナン氏は、この DOE プロジェクトの共同主任研究者です。 このトピックに関するウェビナー プレゼンテーションは、6 年 2022 月 XNUMX 日に NSI によって後援されました: Frontier Observatory for Research in Geothermal Energy (FORGE): 最新情報と先取り

以下は、ジョン・マクレナンに寄せられた質問とその回答です。

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Q1. 地熱エネルギーの歴史を簡単に教えていただけますか?

1900 年代初頭のイタリアのラルデレロでの初期の取り組みから、地熱エネルギー (発電および直接利用) は、設置された施設まで拡大しました。 発電能力15.6GWe 2021 年には電力のギガワット数が増加します。利用は世界規模で、世界 25 か国以上で行われています。 しかし、その配分は世界のエネルギーポートフォリオのほんの一部に過ぎません。 この地球規模の分布を見ると、従来、地熱エネルギーは、プレート境界や火山などの近くで発生するような、地表付近での高温発現に限定されていました。

地熱発電の設置容量が最も多いのは米国で、次にインドネシア、フィリピン、トルコ、ニュージーランド、メキシコ、イタリア、ケニア、アイスランド、日本が続く。 米国におけるこれらの操業のうち、地熱エネルギーを生産する井戸の生産量は平均 4 ～ 6 MWe と考えられます。 経験則として、392°F (200°C)、9 bpm (378 gpm) での流れでは、1 MWe 程度の電力を発電でき、おそらく米国の 759 ～ 1000 世帯に電力を供給できます。

地熱発電所の規模は、少数の井戸（最大 50 MWe を生産するものもあります）から多数の井戸までさまざまです。 「間欠泉は、世界最大の地熱発電所の複合施設です。 米国最大の地熱発電会社であるカルパインは、ザ・ガイザーズに 13 か所の発電所を所有し、運営しています。正味発電能力は約 725 メガワットで、これは 725,000 世帯またはサンフランシスコほどの規模の都市に電力を供給するのに十分です。」

Q2. 強化型地熱システムとは何ですか?また、水圧破砕はどこに適用されますか?

約 XNUMX 年前、拡張地熱システム (EGS) の概念は、ロス アラモス科学研究所 (現 LANL) の科学者と技術者によって構想されました。 当時、この概念はホット ドライ ロック (HDR) として知られていました。 XNUMX つの方法論は、圧入井と生産井を掘削し、それらを相互接続する亀裂を作成することです。 これらの亀裂は、自動車のラジエーターと同様に、熱交換器として機能します。

この閉鎖システムでは作動流体として水が使用されます (水は失われません)。 冷たい流体が XNUMX つのウェルに注入されます。 亀裂を通過し、その際に熱い岩石から熱を受け取ります。 この高温の流体は、ダブレットの XNUMX 番目のウェルを通って表面に生成されます。 地表では、加熱された流体をフラッシュして蒸気にするか、有機ランキンサイクルプラントを通過させてタービンを駆動し、その後発電機を駆動します。 熱を奪われた水は再循環されます。

それは健全なアイデアではありますが、その構想以来 1 年間、成功が妨げられてきました。 世界中で科学的な成功を収めた複数のプロジェクトが存在していますが、商業化は達成されておらず、これらのパイロットでの発電量は最大 XNUMX MWe を超えていません。

しかし、米国ではこの資源は重要です。 米国西部では、519 ～ 15,000 フィート未満の掘削深さで 20,000 GWe と推定されています。 石油産業から応用された最新の掘削技術により、この掘削が可能になります。 これを、水平坑井の掘削とこれらの坑井に沿った多数の水圧亀裂の形成を可能にする開発と組み合わせると (それぞれの亀裂が熱交換のための重要な表面積を提供することを想像してください)、強化された地熱システムが実現可能になります。

水圧破砕による破壊システムの作成は重要な要素です。 これは新しいことではありません。 これは、ロス アラモス国立研究所による初期の開発中に、ニューメキシコ州のヘメス カルデラにあるフェントン ヒル サイトで EGS に対して初めて試みられました。 注目すべきは、（現代の指向性掘削が容易に適用される前に）1983つの坑井を相互接続することを試みるため、5.7年50月にポンプで汲み上げられた2100つの大きな水圧破砕物である。 この水圧刺激では、摩擦低減剤を添加した 12,000 万ガロンの水が、最大約 XNUMX psi のダウンホール圧力で最大 XNUMX bpm (毎分 XNUMX ガロン) で汲み上げられました。 CaCOの微粒子₃ 流体損失の制御のために追加されました (破壊システムを簡素化するため)。

フェントンヒルや世界中の他の現場から学んだ教訓、および他の採掘産業からの技術（傾斜および水平掘削、多段階破砕）は、米国エネルギー省（DOE）がFORGE（フロンティア天文台）として知られる新たな研究プログラムを開始することを奨励しました。地熱エネルギーの研究のため）、EGS の商業化を可能にする新技術をテストするためのフィールドラボラトリーを建設する。

Q3. ユタ州の FORGE プロジェクトの現場と、それが選ばれた理由について教えてください。

DOE は、米国の 2019 つの著名な EGS 拠点間の競争を後援しました。 その後、この場所はネバダ州ファロンとユタ州ミルフォードのサイトに「絞り込まれました」。 XNUMX 年、最終的にミルフォードのサイトが FORGE フィールド ラボラトリーの場所として選択されました (投稿の上部の画像を参照)。

選定基準には、1) 貯留層の温度が 175 ～ 225°C (概念を証明するには十分な温度だが、技術開発が妨げられるほど高温ではない)、2) 深さ 1.5 km を超える (掘削技術開発が実現できるほどの深さ) が含まれていました。 、3）透水性の低い岩石（FORGEサイトの花崗岩）、4）操業中に地震を誘発するリスクが低い、5）環境リスクが低い、6）従来の地熱システムとの接続がない。

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パート 2 では、次の質問と回答を取り上げてトピックを続けます。

Q4. 注入井と生産井の基本設計は何ですか?

Q5. 注入井における XNUMX つの frac 処理とその結果を要約していただけますか?

Q6. 商業応用の可能性は何ですか?