Volcano power plan får USA framåt

Anonim

Volcano power plan får USA framåt

Miljö

Brian Dodson

31 oktober 2012

13 bilder

En plan för att tappa den termiska energin hos Newberry Volcano är igång (Foto: Joshua Schreiner)

Efter att ha framgångsrikt förhandlat fram de utmanande reglerna i US Bureau of Land Management, USAs skogsavdelning, USA: s energiministerium och en mängd Oregon-statsbyråer, är demonstrationsprojektet Newberry Enhanced Geothermal Systems (EGS) på väg att skapa en ny geotermisk reservoar i centrala Oregon. Kärnan i den nya reservoaren är en djupbrunn på 2 mil (3, 2 km) borrad ca 6, 3 km från centrum av Newberry Volcano. Stenen som omger brunnsborrningen når temperaturer i storleksordningen 600 ° F (315 ° C) och är nästan ogenomtränglig för vatten. Det är dock på väg att förändras.

Newberry Volcano är en av de största och yngsta vulkanerna i USA. Efter att ha sprängt förra året för 1, 300 år sedan, består det av över 400 individuella vulkanutlopp, som, när de kombineras, bildar en bred höjdformad form som kallas en skydds vulkan. Newberry EGS Demonstration geotermisk reservoar bildas i den höga temperaturen, låg permeabilitet deep lava av vulkanens nordvästra flank.

Newberry EGS demonstrationsprojektet ligger nära gränserna för Newberry National Volcanic Monument

Newberry EGS demonstrationen är det största projektet som hittills finansierats av DOE Geothermal Technologies Program. DOE har beviljat över 20 miljoner dollar till projektet, ett belopp som matchas av ett partnerskap mellan AltaRock Energy och Davenport Newberry.

Konstnärens intryck av en EGS elkraftverk. Kallvatten pumpas ner i vänster brunn, uppvärms i reservoarens heta bergsfrakturer, och returneras sedan till ytan av produktionsbrunnar för att leverera kraftverket (Bild: DOE)

Målet med EGS är att producera el genom att extrahera energi från jordens värme. För att åstadkomma detta bildas ett underjordiskt system av frakturer i varm, ogenomtränglig sten och vatten som pumpas ner från ytan cirkuleras genom dessa frakturer och återvänder till ytan som energikälla för en geotermisk kraftverk.

Utgångspunkten för att skapa en ny geotermisk behållare är en djup brunn i varm, torr sten. Tja NWG 55-29, borrad av Davenport Newberry 2008, passar väl som grunden för en geotermisk reservoar. Det är 1060 fot (3066 m) djupt i varm sten med mycket låg permeabilitet.

Tidigare sprickor i den djupa klippan expanderas genom hydrohårdning. Den ursprungliga, väsentligen stängda sprickan visas till vänster. I mitten öppnas sprickan med vattentryck, varefter ansikten glider lite längs sprickans längd. När vattnet är avlägsnat, träffar sprickytorna inte längre, så sprickan är genomtränglig för flödet av vatten

Att skapa en EGS-behållare kräver att den varma stenens naturliga permeabilitet förbättras på djupet. Processen som valts av Newberry EGS-projektet kallas stimulering, där den djupa stenens naturliga permeabilitet förbättras genom att små slipsar uppstår i befintliga sprickor och därigenom öppnar ett nätverk av små sprickor som redan finns närvarande i berget. Denna hydrohärdningsprocess skiljer sig avsevärt från den hydrauliska frakturer som används vid olje- och gasåtervinning. Endast tillräckligt mycket tryck (ca 1600 psi eller 10, 9 MPa) appliceras för att öppna existerande sprickor, men inte tillräckligt mycket (över 5000 psi eller 34 MPa) för att bilda nya sprickor. Dessutom använder hydroshearing endast vatten: de kemiska tillsatsmedel som används vid fracking är inte nödvändiga.

NWG 55-29 har ett brunnhus till ett djup av 6 462 fot (1 970 m), varefter brunnen är öppen för den omgivande klippan. Denna struktur är viktig för bildandet av en effektiv geotermisk reservoar. Om en del av nätverket av sprickor bildas vid alltför grundligt djup kommer den omgivande bergstenen att vara kall och produktionsbrunnarna kommer att leverera en blandning av varmt och kallt vatten vilket resulterar i mindre effektiv utvinning av energi och mer komplexa kraftverksdesigner som kan arbeta vid lägre temperaturer. Med höljet bildas spricknätverk för NWG 55-29 bara under den lägsta punkten av brunnhöljet, på ett djup där den omgivande klippan är väldigt het.

Det finns ett problem som uppstår när man skapar en mycket djup geotermisk behållare. Det tar mindre tryck för att expandera sprickor på ett djup av 7000 fot (2134 m) än vad den gör på 10 000 fot (3.048 m), på grund av den extra vikten av täckstenen. Därför, ju mer du pumpar vid tryck, desto mer spricknätverk öppnar du på 7000 fot, men du öppnar aldrig väsentligt djupare sprickor - 7000-spricknätverket fungerar som en säkerhetsventil som skyddar djuparen.

Newberry EGS-projektet kommer att innebära tre steg av stimulering eller spricka nätverksexpansion på olika djup för att effektivt använda kraften i den heta vulkaniska sten

AltaRock har utvecklat en smart lösning för detta problem. Termoledbrytbara Zonal Isolationsmaterial (TZIM) representerar en viktig teknisk utveckling i utvecklingen av EGS. TZIM är ett biologiskt nedbrytbart, icke giftigt geliknande material. Blandat med vattnet som injiceras i väl omvandling till en geotermisk behållare under hydrohärdningsförfarandet tätar TZIM-materialet det nyligen expanderade spricknätet när vattnet avlägsnas. En sköld bildas sålunda kring brunnsborrningen, så djupare spricknät kan sättas till behållaren. Efter det att de önskade spricknätverken har bildats bryts förseglingarna för att öppna spricknätet i den nya reservoaren. Simuleringsstudier antyder att en serie av tre spricknätverk kommer att vara lämplig för Newberry EGS-projektet.

Den 18 oktober körde pumputrustning och ett vattentryck på 1600 psi (10, 9 MPa) byggdes upp inom NWG 55-29. Diagnosen (pumphastighet, mikroseism detektorer, etc.) indikerade att hydrohårdning och expansion av ett nät av sprickor i den heta viken hade börjat. En oväntad natt med frysande väder den 20 oktober skadade dock en del av hjälputrustningen, vilket ledde till en tillfällig avstängning av verksamheten. AltaRock hoppas att fortsätta testa stimuleringsprocessen senare i veckan. Följande video ger en mycket bra (om lite lång) beskrivning av projektet.

Källa: AltaRock Energy

Dessa 17 blå tankar rymmer över 300.000 liter vatten för att ge stimuleringspumparna

Twin Lakes i Newberry Caldera

Del av borescopebilden av brunn NWG 55-29, som visar ett stort antal frakturer på brunnsborrningens väggar

En borrhålsmätare framställd för införande i en djup brunn

Bild på Newberry EGS demonstration webbplats

Tidigare sprickor i den djupa klippan expanderas genom hydrohårdning. Den ursprungliga, väsentligen stängda sprickan visas till vänster. I mitten öppnas sprickan med vattentryck, varefter ansikten glider lite längs sprickans längd. När vattnet är avlägsnat, träffar sprickytorna inte längre, så sprickan är genomtränglig för flödet av vatten

Newberry EGS-projektet kommer att innebära tre steg av stimulering eller spricka nätverksexpansion på olika djup för att effektivt använda kraften i den heta vulkaniska sten

Newberry EGS demonstrationsprojektet ligger nära gränserna för Newberry National Volcanic Monument

Kontrollrum för Newberry EGS pumpstation

En av de två stimuleringspumparna som nu driver hydrohärdningsprocessen i NWG 55-29

Tja NWG 55-29 borras 2008

Konstnärens intryck av en EGS elkraftverk. Kallvatten pumpas ner i vänster brunn, uppvärms i reservoarens heta bergsfrakturer, och returneras sedan till ytan av produktionsbrunnar för att leverera kraftverket (Bild: DOE)

En plan för att tappa den termiska energin hos Newberry Volcano är igång (Foto: Joshua Schreiner)