На геотермальной конференции с 19 по 23 июля, в которой приняли участие 165 специалистов в этой области со всего мира, рассматривались «вызовы и прогресс на пути к освоению сверхгорячих пород, расположенных глубоко под землей с целью отказа от ископаемого топлива».
По словам участников дискуссии, сверхгорячие породы, т.е. породы, температура которых выше 350 градусов по Цельсию, представляют собой огромный энергетический ресурс, который был недооценен.
«Возможность бурения скважин на глубину 20 километров при температуре 500 градусов по Цельсию «откроет» тераваттный источник геотермальной энергии, мощность которого сопоставима с мощностью ископаемого топлива», - сказал Карлос Араке, генеральный директор Quaise Inc. и один из пяти участников заседания, посвященного передовым методам бурения, способным выдержать экстремальные температуры.
Обычные геотермальные установки работают при температуре около 230 градусов Цельсия на основе скважин, глубина которых составляет около двух километров. Сверхгорячие породы в некоторых районах, например, в Исландии, и возле вулканов, расположены около поверхности земли, но на большей части земного шара глубина их залегания составляет 7-20 километров. Особенно интересны разработки при температуре около 374 градусов по Цельсию. Обычно вода находится в жидком, твердом или парообразном состоянии. Но вода, закачанная в горячую породу, преобразуется в сверхкритическое, пароподобное состояние и может переносить в 5-10 раз больше энергии, чем просто горячая вода. Следовательно, сверхкритическая вода - это чрезвычайно эффективный источник энергии
Множество проблем.
Однако на пути освоения сверхгорячих пород стоит множество проблем. Основной из них является техника бурения, которая должна выдерживать экстремальные температуры и давление. Обычные буровые установки, используемые в нефтегазовой промышленности, при таких температурах выходят из строя. К счастью, «в настоящее время разрабатывается ряд перспективных методов бурения», - сказала Сьюзан Петти, технический директор Cyrq Energy и президент AltaRock Energy, Inc.
Среди других важных проблем - электроника, способная выдерживать экстремальные условия; материалы для прокладки скважин, способные выдерживать перепады температур; а также дополнительные данные для характеристики подземных горных пород.
Что касается термоциклирования, «я думаю, что проблема близка к решению, благодаря таким инновациям, как самовосстанавливающиеся цементы, которые рекристаллизуются, чтобы устранить любые образующиеся трещины», - сказала Петти. Марк Айрленд, преподаватель геолого-геофизических исследований в Университете Ньюкасла, обратился к вопросу получения дополнительных данных. «У нас не так много точек калибровки глубоких систем», - сказал он.
В связи с этим Ирландия подчеркивает необходимость сотрудничества между учеными, которые исследуют сверхгорячую геотермальную энергию. «Открытый доступ к данным и моделям пилотных проектов, имеет чрезвычайное значение», - сказал он. Затем «мы сможем изучить все различные параметры, а также сравнить и сопоставить потенциальный ресурс. Обмен информацией способствует принятию оптимальных решений».
В заседании также приняли участие Стейнар Орн Йонссон, советник по правовым и политическим вопросам GEORG, международного кластера геотермальных исследований, базирующегося в Исландии; Джоя Фальконе, заведующая кафедрой энергетической инженерии Рэнкина в Университете Глазго; и Карстен Сорли, руководитель проекта технологической инициативы Equinor в области геотермальной энергии.
Глубокое бурение.
Участники следующей дискуссии более подробно остановились на разрабатываемых в настоящее время методах бурения, которые могут обеспечить доступ к сверхгорячей породе на глубине многих километров. Технологии варьируются от использования энергии миллиметровых волн для фактического испарения породы до использования небольших снарядов, выпущенных с гиперзвуковой скоростью, которые измельчают горные породы и прокладывают путь для бурового долота.
Компания Quaise Inc. использует гиротрон - электровакуумный СВЧ-генератор, генерирующий энергию миллиметровых волн (как в микроволновых печах), которая направляется в глубокие горячие породы через волноводы. Газ, сопровождающий миллиметровые волны, возвращает испарившуюся породу обратно на поверхность. Карлос Араке, генеральный директор Quaise, подчеркивает, что система работает по принципу «подключи и работай», т.е. для мелких пород используются традиционные методы бурения, а затем для более твердых, горячих и глубоких пород используется технология миллиметровых волн. В настоящее время компания проводит полевые испытания.
Игорь Коцис - генеральный директор GA Drilling (GA означает Geothermal Anywhere). Эта компания для разрушения глубоко залегающих твердых пород на мелкие кусочки, использует плазму - газ под напряжением. Как и Quaise, GA Drilling «пытается максимально использовать традиционные системы», - сказал Кочис. Компания, основанная в 2008 году, имеет собственный современный технологический комплекс около Братиславы (Словакия), который «может воспроизводить высокие давления и температуры глубоко под землей». GA Drilling также планирует сотрудничать в этой области с другими буровыми компаниями.
Марк Рассел, основатель компании Hypersciences , рассказал о том, как гиперзвуковые снаряды компании, выпущенные перед вращающимся долотом, позволяют «бурить примерно в 10 раз быстрее в твердых, глубоких и высокотемпературных породах». Рассел отметил, что технология, лежащая в основе Hypersciences, в настоящее время проходит полевые испытания; и также может применяться в туннелестроении, горнодобывающей промышленности, и даже в аэрокосмической отрасли.
Еще один подход к глубокому бурению «сочетает в себе водоструйную очистку под высоким давлением с ударным бурением». Навин Велмуруган - научный и технический менеджер проекта ORCHYD, в рамках которого разрабатывается эта технология. Проект, финансируемый Европейским союзом, возглавляют исследователи из французской компании ARMINES / MINES-ParisTech. Их партнерами являются Имперский колледж Лондона (Великобритания), SINTEF (Норвегия), Университет Пирея (Греция), Китайский университет нефти (Восточный Китай) и Drillstar Industries (Франция).
Сессию «Будущее бурения для глубоководных геотермальных источников» модерировала Джоди Робинс, старший инженер по геотермальным технологиям Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL). Сессии PIVOT21 доступны для просмотра на веб-сайте PIVOT21, на котором размещены и другие сведения о развитии геотермальной энергетики.