Экзотические электростанции

ВЫПУСК НОВОСТЕЙ 17 ИЮНЯ 2021 Г.
Технология бурения Quaise Inc. может позволить геотермальной энергии обеспечить электроэнергией весь мир. Работа, представленная на Всемирном геотермальном конгрессе, включает модель, демонстрирующую экономическую осуществимость.

КЕМБРИДЖ, Массачусетс — Геотермальные энергетические системы могут обеспечить электроэнергией весь мир и стать ведущей технологией для сокращения выбросов парниковых газов, если мы сможем углубиться в землю достаточно глубоко, чтобы получить доступ к условиям, необходимым для экономической жизнеспособности, и высвободить тепло под нашими ногами. Для этого Quaise Inc. разрабатывает потенциально революционную и совершенно уникальную технологию бурения.

Это был вывод из доклада, представленного Мэттом Худом из Quaise на Всемирном геотермальном конгрессе (WGC) 15 июня. Худ не только описал технологию компании, которая была впервые применена в Массачусетском технологическом институте, но также представил несколько расчетов и модель затрат, показывающую ее техническая и экономическая целесообразность.

Соавторами Хоуда являются генеральный директор Quaise Карлос Араке, Кен Оглсби из Impact Technologies LLC и Пол Восков из Центра плазменной науки и синтеза Массачусетского технологического института (PSFC).

Основной источник геотермальной энергии находится на глубине от 2 до 12 миль под поверхностью Земли, где условия настолько экстремальны, что, если бы вода могла закачиваться в этот район, она стала бы сверхкритической. Сверхкритическая вода, в свою очередь, может нести примерно в 5–10 раз больше энергии, чем обычная горячая вода, что делает ее чрезвычайно эффективным источником энергии, если ее можно перекачивать выше землю на турбины, которые могли бы преобразовать его в электричество.

Сегодня мы не можем получить доступ к этим условиям, за исключением Исландии и других областей, где они находятся относительно близко к поверхности. Проблема номер один: мы не можем углубиться достаточно глубоко. Буровые установки, используемые в нефтяной и газовой промышленности, не могут выдержать ужасных температур и давлений, которые обнаруживаются за много миль вниз.

Хоуд начал свое выступление с цитаты из отчета Geovision Министерства энергетики за 2019 год, в котором содержится анализ геотермальной отрасли в США: «Сверхкритические ресурсы можно найти повсюду на Земле, если бурить достаточно глубоко… Бурение на такую ​​глубину финансово неприемлемо с существующей технологией... Экономичная добыча сверхкритических ресурсов потребует разработки совершенно новых классов технологий и методов бурения».

Quaise работает в этом направлении. Техника компании заменяет обычные буровые долота, которые механически разрушают горную породу, на энергию миллиметровых волн. Эти миллиметровые волны (MMW) буквально плавят, а затем испаряют породу, создавая все более глубокие отверстия. Название выступления Хоуда на WGC: «Переписывая ограничения для глубокого геотермального бурения: бурение с прямой передачей энергии с использованием технологии миллиметровых волн».

«Звучит как научно-фантастическая технология, но это не так», — говорит Хоуд. «Это определенно реально, и это осуществимо и практично. Это просто вопрос реализации и проверки в лаборатории и в полевых условиях».

Худ подчеркивает, что подход Quaise основан на технологии, «уже зрелой и коммерциализированной», которая десятилетиями разрабатывалась для исследований в области термоядерной энергетики и для нефтегазовой промышленности. Quaise просто перепрофилирует эту технологию для другого применения.

Например, источником энергии MMW для технологии служит гиротрон и она направляется к цели (глубокой горячей породе) по волноводам. Они были разработаны в течение 50 лет исследований термоядерного синтеза в качестве источника энергии. Метод Quaise также использует преимущества традиционных технологий бурения, таких как разработанные в нефтяной и газовой промышленности. Quaise по-прежнему будет использовать их для бурения поверхностных слоев до коренных пород, для чего они были оптимизированы.

Затем система переключится на технологию MMW. Последнее «упрощает все в скважине, так что ничто не особенно чувствительно к высоким температурам и давлению. Это позволяет нам смягчить многие проблемы, которые возникают при работе с обычными механическими буровыми установками на таких глубинах», — говорит Хоуд.

Houde представил несколько расчетов, показывающих техническую осуществимость подхода Quaise. Например, он показал, что скорость бурения даже на несколько миль вглубь Земли должна быть примерно такой же, как при обычном геотермальном бурении. Далее: технология Quaise MMW автоматически плавит породу, создавая прочный стеклянный «вкладыш», который предотвращает разрушение отверстия и защищает волновод. Примерно в шести милях вниз, это заменит цементные обсадные трубы, используемые в настоящее время для защиты скважин, связанных с обычным механическим бурением ближе к поверхности. Это, в свою очередь, фактически решает дополнительные проблемы, такие как время простоя, связанное с удалением сломанных буров.

Houde также представил расчеты по удалению испарившейся породы, которое выполняется с использованием существующей компрессорной технологии для закачки продувочного газа в скважину вместе с энергией MMW. Думайте об общей установке как о соломинке внутри большей соломинки. Энергия и газ проходят вниз через внутреннюю соломинку, где они в конечном итоге достигают породы на дне и испаряют ее. Затем газ, несущий испарившуюся породу или твердые частицы, поднимается обратно на поверхность через пространство между двумя соломинками. «Наши расчеты показывают, что твердые частицы могут перемещаться вверх по стволу скважины при давлении и скорости потока в скважине, которые находятся в пределах возможностей существующих компрессоров», — говорит Хоуд.

Стоимостная модель экономической осуществимости подхода Quaise также является многообещающей. Хоуд отмечает, что лишь немногие скважины были пробурены дальше десяти километров, но чтобы дойти до этого места с использованием традиционных технологий, требуется более 5000 долларов за метр. Модель затрат показывает, что бурение MMW может достигать вдвое большей глубины при стоимости бурения около 1000 долларов за метр.

Хотя эксперименты в Массачусетском технологическом институте показали общую возможность бурения с использованием энергии MMW, этот метод еще должен быть проверен в полевых условиях. Quaise стремится сделать именно это в течение следующих нескольких лет на западе Соединенных Штатов, работая в сотрудничестве с Altarock, PSFC Массачусетского технологического института, Национальной лабораторией Ок-Риджа, Impact Technologies и General Atomics.

Инвесторами компании являются Агентство перспективных исследовательских проектов Энергия (Хауд является руководителем проекта по гранту ARPA-E), The Engine в Массачусетском технологическом институте, Винод Хосла и Collaborative Fund, среди прочих.

Как думаете камрады, в среднесрочной перспективе - лет 10-20, гигансткие пауэрбанки, заменят гидроаккумуляторные электростанции?