موقع FORGE في ولاية يوتا.
إريك لارسون (Flashpoint SLC).
قامت وزارة الطاقة الأمريكية (DOE) بتمويل مشروع يسمى FORGE حيث سيتم حفر الصخور الجرانيتية الساخنة وتكسيرها باستخدام أفضل تقنيات النفط والغاز. الهدف العام هو معرفة ما إذا كان يمكن تدوير المياه التي يتم ضخها في بئر واحد عبر الجرانيت وتسخينها قبل ضخها في بئر ثان لتشغيل التوربينات التي تولد الكهرباء.
جون ماكلينان ، قسم الهندسة الكيميائية ، جامعة يوتا ، هو الباحث الرئيسي المشارك لمشروع وزارة الطاقة هذا. تم تقديم ندوة عبر الإنترنت حول هذا الموضوع برعاية NSI في 6 أبريل 2022: Fمرصد رونييه لأبحاث الطاقة الحرارية الأرضية (FORGE): تحديث ونظرة للأمام
فيما يلي الأسئلة المطروحة على جون ماكلينان وإجاباتها.
++++++++++++++++++++++++++++++++++++
جون ماكلينان.
جي ماكلينان
س 1. هل يمكنك تقديم نبذة تاريخية عن الطاقة الحرارية الجوفية؟
منذ العمل المبكر في لاردريللو في إيطاليا، في أوائل القرن العشرين، توسعت الطاقة الحرارية الأرضية (لتوليد الكهرباء والاستخدام المباشر) إلى طاقة مثبتة. قدرة توليد الكهرباء 15.6 جيجاوات (جيجا واط من الكهرباء) في عام 2021. الاستخدام عالمي – أكثر من 25 دولة حول العالم. ومع ذلك، لا يزال التخصيص يمثل جزءًا صغيرًا من محفظة الطاقة العالمية. بالنظر إلى هذا التوزيع العالمي، تقليديًا، تقتصر الطاقة الحرارية الأرضية على التعبير القريب من السطح عن درجات الحرارة المرتفعة كما يحدث بالقرب من حدود الصفائح والبراكين وما إلى ذلك.
تمتلك الولايات المتحدة أكبر قدرة مثبتة لتوليد الكهرباء من الطاقة الحرارية الأرضية، تليها إندونيسيا، والفلبين، وتركيا، ونيوزيلندا، والمكسيك، وإيطاليا، وكينيا، وأيسلندا، واليابان. ومن بين هذه العمليات في الولايات المتحدة، قد يتراوح متوسط إنتاج الآبار للطاقة الحرارية الأرضية من 4 إلى 6 ميجاوات. كقاعدة عامة، عند 392 درجة فهرنهايت (200 درجة مئوية) والتدفق عند 9 نبضة في الدقيقة (378 جالونًا في الدقيقة)، في حدود 1 ميغا بايت، يمكننا توليد، وربما خدمة 759 إلى 1000 منزل في الولايات المتحدة.
تختلف أحجام محطات الطاقة الحرارية الأرضية، من عدد قليل من الآبار (بعضها ينتج ما يصل إلى 50 ميجاوات) إلى العديد من الآبار. "إن السخانات،...، هي أكبر مجمع لمحطات الطاقة الحرارية الأرضية في العالم. تمتلك شركة كالبين، أكبر منتج للطاقة الحرارية الأرضية في الولايات المتحدة، وتدير 13 محطة لتوليد الطاقة في ذا جيسيرز بقدرة توليد صافية تبلغ حوالي 725 ميجاوات من الكهرباء - وهو ما يكفي لتزويد 725,000 ألف منزل أو مدينة بحجم سان فرانسيسكو بالطاقة.
نظام الطاقة الحرارية الأرضية التقليدية.
جيف هولين ودوغ جنسن، EGI.
س 2. ما هي أنظمة الطاقة الحرارية الجوفية المحسنة ، وأين يتم تطبيق التكسير الهيدروليكي؟
منذ حوالي خمسين عامًا، تم تصور مفهوم أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية المحسنة (EGS) من قبل العلماء والمهندسين في مختبرات لوس ألاموس العلمية (LANL الآن). في ذلك الوقت، كان هذا المفهوم يُعرف باسم الصخور الجافة الساخنة (HDR). إحدى الطرق المتبعة هي حفر بئر حقن وبئر إنتاج وإنشاء الشقوق التي تربط بينهما. تعمل هذه الكسور كمبادلات حرارية، تشبه إلى حد كبير المبرد الموجود في السيارة.
يستخدم الماء كمائع عمل في هذا النظام المغلق (لا يتم فقدان الماء). يتم حقن السائل البارد في بئر واحدة. يمر عبر الشقوق ويكتسب الحرارة من الصخور الساخنة. يتم إنتاج هذا السائل الساخن إلى السطح من خلال البئر الثاني في الثنائي. على السطح، يمكن تحويل السائل الساخن إلى بخار أو تشغيله عبر محطة دورة رانكين العضوية لتشغيل توربين ومن ثم مولد. يتم إعادة تدوير الماء، مع الحرارة المستخرجة.
ورغم أنها فكرة سليمة، إلا أن نجاحها ظل في وضع حرج طوال خمسين عامًا منذ ظهورها. على الرغم من وجود مشاريع متعددة حول العالم، حققت نجاحًا علميًا، إلا أنها لم تتحقق بعد تجاريًا ولم يتجاوز توليد الكهرباء في هذه المشاريع التجريبية حوالي 1 ميجاوات.
ومع ذلك، فإن الموارد في الولايات المتحدة مهمة. وفي غرب الولايات المتحدة، تبلغ التقديرات 519 غيغاوات في أعماق الحفر التي تقل عن 15,000 إلى 20,000 قدم. تكنولوجيا الحفر الحديثة المقتبسة من صناعة البترول تجعل هذا الحفر ممكنا. يقترن ذلك بالتطورات التي تسمح بحفر الآبار الأفقية وإنشاء العديد من الكسور الهيدروليكية على طول هذه الآبار (تخيل أن كل كسر يوفر مساحة سطحية كبيرة للتبادل الحراري) وأنظمة الطاقة الحرارية الأرضية المحسنة ممكنة.
يعد إنشاء نظام الكسر عن طريق التكسير الهيدروليكي عنصرًا أساسيًا. هذا ليس جديدا. تمت تجربته لأول مرة بالنسبة لـ EGS في موقع Fenton Hill في جيميز كالديرا في نيو مكسيكو، أثناء التطوير المبكر بواسطة مختبرات لوس ألاموس الوطنية. تجدر الإشارة إلى وجود كسر هيدروليكي كبير تم ضخه في ديسمبر 1983 لمحاولة ربط بئرين (قبل تطبيق الحفر الموجه الحديث بسهولة). في هذا التحفيز الهيدروليكي، تم ضخ 5.7 مليون جالون من الماء مع مخفض احتكاك إضافي بسرعة تصل إلى 50 نبضة في الدقيقة (2100 جالون في الدقيقة) عند ضغط في قاع البئر يصل إلى حوالي 12,000 رطل لكل بوصة مربعة. جزيئات دقيقة من CaCO3 تمت إضافتها للتحكم في فقدان السوائل (لتبسيط نظام الكسر).
الدروس المستفادة من فنتون هيل، والمواقع الأخرى في جميع أنحاء العالم، والتقنيات من الصناعات الاستخراجية الأخرى (الحفر المائل والأفقي، والتكسير متعدد المراحل) شجعت وزارة الطاقة الأمريكية (DOE) على بدء برنامج بحث متجدد يعرف باسم FORGE (المرصد الحدودي) للأبحاث في مجال الطاقة الحرارية الأرضية) لبناء مختبر ميداني لاختبار التقنيات الجديدة التي من شأنها أن تسمح بتسويق EGS.
س 3. أخبرنا عن موقع مشروع FORGE في ولاية يوتا ولماذا تم اختياره.
قامت وزارة الطاقة برعاية مسابقة بين خمسة مواقع EGS بارزة في الولايات المتحدة. تم بعد ذلك "اختيار" هذا إلى مواقع في فالون، نيفادا، وميلفورد، يوتا. في عام 2019، تم اختيار موقع ميلفورد في النهاية ليكون موقعًا لمختبر FORGE الميداني (انظر الصورة في أعلى المنشور).
تضمنت معايير الاختيار 1) درجات حرارة الخزان بين 175 و225 درجة مئوية (حارة بما يكفي لإثبات المفاهيم ولكن ليست ساخنة لدرجة إعاقة تطوير التكنولوجيا)، 2) على أعماق أكبر من 1.5 كيلومتر (عميقة بما يكفي لجعل تطوير تكنولوجيا الحفر ممكنًا). ، 3) صخور منخفضة النفاذية (الجرانيت في موقع FORGE)، 4) انخفاض خطر إحداث الزلازل أثناء العمليات، 5) مخاطر بيئية منخفضة، و6) عدم الاتصال بنظام الطاقة الحرارية الأرضية التقليدي.
++++++++++++++++++++++++++++++++++++
الجزء الثاني سيكمل الموضوع من خلال تناول الأسئلة والأجوبة التالية:
س 4. ما هو التصميم الأساسي لآبار الحقن والإنتاج؟
س 5. هل يمكنك تلخيص علاجات frac الثلاثة في بئر الحقن ونتائجها؟
س 6. ما هي احتمالات التطبيق التجاري؟
المصدر: https://www.forbes.com/sites/ianpalmer/2022/05/19/an-enhanced-geothermal-system-uses-oil-and-gas-technology-to-mine-low-carbon-energy- الجزء 1 /