향상된 지열 시스템은 저탄소 에너지를 채굴하기 위해 석유 및 가스 기술을 사용합니다. 1 부.

미국 에너지부(DOE)는 최고의 석유 및 가스 기술을 사용하여 뜨거운 화강암 암석을 뚫고 파쇄하는 FORGE라는 프로젝트에 자금을 지원했습니다. 전반적인 목표는 한 우물 아래로 펌핑된 물이 화강암을 통해 순환되고 전기를 생성하는 터빈을 구동하기 위해 두 번째 우물을 펌핑하기 전에 가열될 수 있는지 확인하는 것입니다.

유타 대학교 화학 공학과의 John McLennan은 이 DOE 프로젝트의 공동 연구 책임자입니다. 이 주제에 대한 웨비나 프레젠테이션은 6년 2022월 XNUMX일에 NSI가 후원했습니다. F지열 에너지 연구를 위한 론티어 천문대(FORGE): 업데이트 및 전망

다음은 John McLennan에게 제기된 질문과 그의 답변입니다.

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Q1. 지열 에너지의 간략한 역사를 제공할 수 있습니까?

1900년대 초 이탈리아 라데렐로(Larderello)에서의 초기 작업을 시작으로 지열에너지(발전 및 직접 사용)는 설치형 에너지로 확대되었습니다. 발전 용량 15.6GWe (기가와트 전력) 2021년. 전 세계 25개국 이상에서 글로벌 활용이 가능합니다. 그러나 할당은 여전히 ​​세계 에너지 포트폴리오의 작은 부분입니다. 이러한 전지구적 분포를 살펴보면, 전통적으로 지열 에너지는 판 경계, 화산 등 근처에서 발생하는 것처럼 표면 근처에서 온도 상승이 표현되도록 제한됩니다.

미국은 가장 큰 지열 발전 용량을 보유하고 있으며 인도네시아, 필리핀, 터키, 뉴질랜드, 멕시코, 이탈리아, 케냐, 아이슬란드, 일본이 그 뒤를 따릅니다. 미국 내 이러한 운영 중 지열 에너지를 생산하는 유정의 평균 용량은 4~6 MWe입니다. 경험상 392°C(200°F), 9bpm(378gpm)의 흐름에서 1MWe 정도의 전력을 생산할 수 있으며, 미국 내 759~1000가구에 서비스를 제공할 수 있습니다.

지열 발전소의 규모는 몇 개의 우물(일부는 최대 50MWe를 생산함)부터 많은 우물까지 다양합니다. “간헐천은 … 세계에서 가장 큰 지열 발전소 단지입니다. 미국 최대의 지열 발전 기업인 Calpine은 The Geysers에 약 13메가와트의 전력을 생산하는 725개의 발전소를 소유 및 운영하고 있습니다. 이는 725,000가구 또는 샌프란시스코 크기의 도시에 전력을 공급할 수 있는 양입니다.”

Q2. 향상된 지열 시스템이란 무엇이며 프래킹은 어디에 적용됩니까?

약 XNUMX년 전, 로스앨러모스 과학 연구소(현 LANL)의 과학자와 엔지니어들이 강화된 지열 시스템(EGS)의 개념을 구상했습니다. 당시에는 이 개념이 Hot Dry Rock(HDR)으로 알려졌습니다. 한 가지 방법은 주입정과 생산정을 시추하고 이를 상호 연결하는 균열을 생성하는 것입니다. 이러한 균열은 자동차의 라디에이터와 마찬가지로 열교환기 역할을 합니다.

이 폐쇄계에서는 물이 작동유체로 사용됩니다(물은 손실되지 않습니다). 차가운 액체가 한 웰 아래로 주입됩니다. 그것은 균열을 통과하면서 뜨거운 암석으로부터 열을 얻습니다. 이 뜨거운 유체는 이중선의 두 번째 우물을 통해 표면으로 생성됩니다. 표면에서 가열된 유체는 증기로 플래시되거나 유기 랭킨 사이클 플랜트를 통과하여 터빈과 발전기를 구동할 수 있습니다. 열이 제거된 물은 재순환됩니다.

건전한 아이디어이긴 하지만, 구상 이후 1년 동안 성공이 방해를 받았습니다. 전 세계적으로 여러 프로젝트가 있었지만 과학적 성공을 거두었지만 상업성은 달성되지 않았으며 이러한 파일럿 프로젝트의 발전량은 ~XNUMX MWe를 초과하지 않았습니다.

그러나 미국에서는 자원이 상당합니다. 미국 서부에서는 519~15,000피트 미만의 시추 ​​깊이에서 20,000GWe로 추정됩니다. 석유 산업에서 채택된 현대적인 시추 기술로 이러한 시추 작업이 가능해졌습니다. 수평 우물을 뚫고 이러한 우물을 따라 다양한 수압 균열을 생성할 수 있는 개발(각 균열이 열 교환을 위한 상당한 표면적을 제공한다고 상상해 보십시오)과 향상된 지열 시스템이 가능합니다.

수압파쇄를 통해 파쇄 시스템을 만드는 것이 핵심 요소입니다. 이것은 새로운 것이 아닙니다. Los Alamos National Laboratories의 초기 개발 과정에서 뉴멕시코 주 Jemez Caldera의 Fenton Hill 현장에서 EGS에 대해 처음 시도되었습니다. 주목할 만한 점은 1983년 5.7월에 두 개의 유정을 연결하기 위해 펌핑된 대규모 수압 균열 중 하나입니다(현대적인 방향성 시추 작업이 쉽게 적용되기 전). 해당 유압 자극에서는 마찰 감소제가 추가된 50만 갤런의 물이 최대 약 2100psi의 다운홀 압력에서 최대 12,000bpm(분당 XNUMX갤런)으로 펌핑되었습니다. CaCO 미세 입자₃ 유체 손실 제어를 위해 추가되었습니다(파괴 시스템을 단순화하기 위해).

Fenton Hill과 전 세계 다른 지역에서 얻은 교훈과 기타 추출 산업(경사 및 수평 시추, 다단계 파쇄) 기술을 바탕으로 미국 에너지부(DOE)는 FORGE(Frontier Observatory)라는 새로운 연구 프로그램을 시작했습니다. 지열 에너지 연구를 위해) EGS의 상용화를 가능하게 하는 새로운 기술을 테스트하기 위한 현장 실험실을 구축합니다.

Q3. 유타의 FORGE 프로젝트 부지와 선정 이유에 대해 알려주십시오.

DOE는 미국 내 2019개 주요 EGS 지역 간의 대회를 후원했습니다. 이후 이 사이트는 네바다주 팰런과 유타주 밀포드에 있는 사이트로 "다운선택"되었습니다. XNUMX년에 Milford 현장은 최종적으로 FORGE 현장 연구소 위치로 선정되었습니다(포스트 상단의 이미지 참조).

선정 기준은 1) 저류층 온도 175~225°C(개념을 입증할 수 있을 만큼 뜨겁지만 기술 개발이 저해될 만큼 뜨겁지는 않음), 2) 깊이 1.5km 이상(시추 기술 개발이 가능할 만큼 깊은 곳)을 포함했다. , 3) 낮은 투과성 암석(FORGE 현장의 화강암), 4) 작업 중 지진 유발 위험이 낮음, 5) 환경 위험이 낮음, 6) 기존 지열 시스템과 연결되지 않음.

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2부에서는 다음 질문과 답변을 다루면서 주제를 이어갑니다.

Q4. 주입 및 생산 우물의 기본 설계는 무엇입니까?

Q5. 주입정의 세 가지 frac 처리와 그 결과를 요약해 주시겠습니까?

Q6. 상업적 응용 가능성은 무엇입니까?