Концепція «глибокої геотермальної енергії» дуже проста. Копайте досить глибоко, наприклад, 20 км, щоб отримати доступ до постійного резервуару тепла 500°C. Там ви зможете виробляти пару для живлення турбін. Копання стійкої свердловини та подача пари до турбіни є великим інженерним викликом. Але якщо ви знайдете спосіб, який дозволить вам робити це в будь-якій точці світу (тобто не обмежуючись існуючими геологічними утвореннями), нікому ніколи не знадобляться інші джерела тепла, такі як вугілля, газ, атомна енергетика чи щось інше. Зак Вінн з MIT описує перші дослідження, які мають на меті зробити саме це, з пілотною електростанцією, яка буде запущена до 2026 року. Ідеальними місцями пілотного проекту є існуючі електростанції (пам’ятайте, що за концепцією бурити свердловини можна будь-де), де вся інфраструктура передачі вже є. Хитрість для буріння такої глибини полягає у використанні мікрохвильового випромінювача, який називається гіротрон, який випаровує породу. Гіротрони використовувалися в дослідженнях і виробництві протягом десятиліть, хоча ніколи раніше не використовувались в такому масштабі та у цьому напрямку.
У північній частині штату Нью-Йорк є покинута вугільна електростанція, яку більшість людей вважають непотрібною реліквією. Але Пол Восков з MIT бачить речі по-іншому.
Восков, інженер-дослідник у Центрі науки про плазму та термоядерного синтезу Массачусетського технологічного інституту, зазначає, що силова турбіна заводу все ще неушкоджена, а лінії електропередачі все ще йдуть до мережі. Використовуючи підхід, над яким він працював протягом останніх 14 років, він сподівається, що протягом наступного десятиліття він зможе допомогти побудувати світ, повністю без вуглецю.
Насправді Quaise Energy, компанія, яка комерціалізує роботу Воскова, вважає, що якщо вона зможе модернізувати одну електростанцію, той самий процес працюватиме практично на всіх вугільних і газових електростанціях у світі.
Масштабне використання глибинної геотермальної енергії
Quaise сподівається досягти цих високих цілей, використавши джерело енергії під нашими ногами. Компанія планує випарити достатню кількість гірської породи, щоб створити найглибші у світі діри та зібрати геотермальну енергію в такому масштабі , який міг би задовольнити енергоспоживання людини протягом мільйонів років. Вони ще не розв’язали всі пов’язані з цим інженерні проблеми, але засновники Quaise встановили амбітний графік, щоб розпочати збір енергії з пілотної свердловини до 2026 року.
План було б легше відкинути як нереалістичний, якби він базувався на новій і неперевіреній технології. Але системи буріння Quaise зосереджені навколо пристрою мікрохвильового випромінювання під назвою гіротрон, який десятиліттями використовувався в дослідженнях і виробництві.
«Це станеться швидко, коли ми вирішимо невідкладні інженерні проблеми передачі чистого променя та забезпечення його роботи з високою щільністю енергії без збоїв», — пояснює Восков, який офіційно не пов’язаний з Quaise, але є радником. «Це піде швидко, тому що базова технологія, гіротрону, комерційно доступна. Ви можете розмістити замовлення в компанії та отримати систему прямо зараз — правда, ці джерела променя ніколи не використовувалися цілодобово та без вихідних, але вони розроблені для роботи протягом тривалого часу. Через п’ять-шість років, я думаю, у нас завод буде працювати, якщо ми вирішимо ці інженерні проблеми. Я маю дуже оптимістичний погляд на цей проект».
Восков та багато інших дослідників десятиліттями використовували гіротрони для нагрівання матеріалу в експериментах з ядерним синтезом. Однак лише в 2008 році, після того як Енергетична ініціатива Массачусетського технологічного інституту (MITEI) опублікувала запит на пропозиції щодо нових технологій геотермального буріння, Восков замислився про використання гіротронів для нового застосування.
«Вони (Гіротрони) не отримали широкого розголосу в широкому науковому співтоваристві, але ті з нас, хто займався дослідженнями термоядерного синтезу, розуміли, що це дуже потужні джерела променів — як лазери, але в іншому діапазоні частот», — говорить Восков. «Я подумав, чому б не спрямувати ці потужні промені, не в термоядерну плазму, а у камінь і не випарувати в ньому діру?»
Глибше, ніж звичайне буріння
Оскільки в останні десятиліття електроенергія з інших відновлюваних джерел енергії стрімко зростала, геотермальна енергія досягла плато, головним чином тому, що геотермальні станції існують лише в місцях, де природні умови дозволяють видобувати енергію на відносно невеликих глибинах до 400 футів під поверхнею Землі. У певний момент звичайне буріння стає непрактичним, оскільки глибша кора є гарячішою та твердішою, що швидко зношує механічні бурові коронки.
Ідея Воскова використовувати промені гіротронів для випаровування гірських порід відправила його в дослідницьку подорож, яка ніколи не припинялася. Отримавши певне фінансування від MITEI, він почав проводити випробування, швидко заповнивши свій офіс маленькими скелястими утвореннями, які він підірвав міліметровими хвилями з маленького гіротрона в Центрі плазмової науки та термоядерного синтезу Массачусетського технологічного інституту.
Приблизно в 2018 році камені Воскова привернули увагу Карлоса Араке, який провів свою кар’єру в нафтогазовій промисловості та був технічним директором інвестиційного фонду MIT The Engine.
Того року Арак і Метт Хоуд, які працювали з геотермальною компанією AltaRock Energy, заснували Quaise. Невдовзі компанія отримала грант від Міністерства енергетики на розширення експериментів Воскова з використанням більшого гіротрона .
За допомогою більшої машини команда сподівається випарити отвір, глибина якого в 10 разів перевищує глибину лабораторних експериментів Воскова. Очікується, що це буде виконано до кінця цього року. Після цього команда випарує отвір, глибина якого в 10 разів перевищує попередню — те, що Хоуд називає отвором 100 до 1.
«Це те, що особливо цікавить їх (Міністерство енергетики США), тому що вони хочуть вирішити проблеми, пов’язані з видаленням матеріалу на цих великих відрізках — іншими словами, чи можемо ми показати, що ми повністю випаровуємо породу? – пояснює Хоуд. «Ми вважаємо, що тест 100 до 1 також дає нам впевненість вийти та мобілізувати прототип гіротронної бурової установки для перших польових демонстрацій».
Очікується, що випробування 100 до 1 завершаться наступного року. Quaise також сподівається почати випаровувати камінь під час польових випробувань наприкінці наступного року. Короткий термін відображає прогрес, якого Восков вже досяг у своїй лабораторії.
Хоча потрібні додаткові інженерні дослідження, команда очікує, що зрештою зможе безпечно бурити та експлуатувати ці геотермальні свердловини. «Завдяки роботі Пола в Массачусетському технологічному інституті протягом останнього десятиліття ми вважаємо, що на більшість, якщо не на всі ключові питання фізики, ми отримали відповіді та розв’язали їх », — каже Хоуд. « Це дійсно інженерні виклики, на які ми повинні відповісти, що не означає, що їх легко вирішити, але ми не працюємо проти законів фізики, на які немає відповіді. Це скоріше питання подолання деяких більш технічних і витратних міркувань, щоб зробити цю роботу у великих масштабах».
Доступ до температури гірських порід до 500°C у будь-якій точці світу
Компанія планує почати збирати енергію з пілотних геотермальних свердловин, які досягають температури породи до 500°C до 2026 року. З цього моменту команда сподівається почати перепрофілювання вугільних і газових установок за допомогою своєї системи.
«Ми вважаємо, що якщо ми зможемо пробурити до 20 кілометрів, ми зможемо отримати доступ до цих надвисоких температур у більш ніж 90 відсотках місць по всьому світу», — каже Хоуд.
Робота Quaise з Міністерством енергетики США спрямована на вирішення того, що, на його думку, є найбільшими питаннями, що залишилися, щодо буріння свердловин безпрецедентної глибини та тиску, таких як видалення матеріалу та визначення найкращої обсадної труби, щоб утримувати свердловину стабільною та відкритою. Для останньої проблеми стабільності свердловини Хоуд вважає, що потрібне додаткове комп’ютерне моделювання, і планує завершити це моделювання до кінця 2024 року.
Використання існуючої інфраструктури викопних копалин
Просвердливши отвори на існуючих електростанціях, Quaise зможе рухатися швидше, ніж якби їй довелося отримувати дозволи на будівництво нових станцій і ліній електропередач. Зробивши бурове обладнання з міліметровими хвилями сумісним з існуючим глобальним парком бурових установок, це також дозволить компанії отримати доступ до глобальної робочої сили нафтогазової галузі.
«При цих високих температурах (до яких ми маємо доступ), ми виробляємо пару, дуже близьку, якщо не перевищуючи, температуру, при якій працюють сучасні електростанції, що працюють на вугіллі та газі», — каже Хоуд. «Тож ми можемо звернутися до існуючих електростанцій і сказати: «Ми можемо замінити від 95 до 100 відсотків вашого використання вугілля, розробляючи геотермальне родовище та виробляючи пару із Землі, за тієї самої температури, при якій ви спалюєте вугілля для роботи вашої турбіни, безпосередньо замінюючи викиди вуглецю».
Перетворення світових енергетичних систем за такий короткий проміжок часу — це те, що засновники вважають критично важливим для уникнення найбільш катастрофічних сценаріїв глобального потепління.
«За останнє десятиліття відбулися величезні успіхи у відновлюваних джерелах енергії, але загальна картина сьогодні полягає в тому, що ми не рухаємося настільки швидко, щоб досягти етапів, необхідних для обмеження найгірших наслідків зміни клімату», — говорить Хоуд. «Глибинна геотермальна енергія — це енергетичний ресурс, який можна масштабувати де завгодно та має можливість залучити велику робочу силу в енергетичній галузі, щоб легко перебудувати свої навички для отримання повністю безвуглецевого джерела енергії».
Зак Вінн – публіцист в MIT
Передруковано з дозволу MIT News
Джерело інформації: energypost.eu
