Nowe narzędzia pozwalają na precyzyjne przewidywanie właściwości płynów geologicznych
Precyzyjne modele termodynamiczne są kluczem do zrozumienia fizycznych i chemicznych właściwości płynów geologicznych – gorących wód gruntowych, które krążą w skorupie ziemskiej. W elektrowniach geotermalnych brakuje jednak dokładnych modeli, które można wykorzystać do planowania i testowania wydajności pracy systemów, w związku z tym operatorzy często uciekają się do empirycznych badań in situ.
Modelowanie właściwości płynów geologicznych
Finansowany ze środków Unii Europejskiej projekt GEOPRO zgromadził 12 partnerów z siedmiu krajów w celu zebrania nowych danych na temat właściwości płynów geologicznych, aby lepiej zrozumieć problemy operacyjne w elektrowniach geotermalnych i usprawnić ich działanie. „Właściwości fizyczne i chemiczne płynów geotermalnych stanowią klucz do ustalenia potencjału w zakresie przenoszenia ciepła w całym okresie eksploatacji odwiertu. Lepsze zrozumienie właściwości płynu pozwala na optymalizowanie rozbudowy danego odwiertu oraz jego obsługi”, zauważa Namrata Kale, koordynatorka projektu. „Co więcej, rozwój nowych technologii geotermalnych, w szczególności systemów geotermalnych opartych na energii suchych skał (EGS) oraz systemów nadkrytycznych, jest ściśle związany z właściwościami płynów występujących w zbiornikach”. Po dwóch i pół roku od dnia rozpoczęcia projektu GEOPRO, zespół ma pewność, że uda się zrealizować wszystkie założone cele. Badacze pracują nad opracowaniem pętli przepływu wielofazowego – przyrządu laboratoryjnego do badania charakterystyki przepływu cieczy w rurach, a także nad stworzeniem nowych zestawów dokładnych danych termodynamicznych i kinetycznych dotyczących płynów geologicznych. Dodatkowo zespół pracował także nad nowymi modelami, które pozwalają na przewidywanie złożonych roztworów dwutlenku węgla oraz wieloskładnikowych soli mineralnych. „Wszystkie te dane posłużyły do opracowania nowatorskich i przyjaznych dla użytkowników końcowych elastycznych narzędzi wspomagających podejmowanie decyzji, które pomogą w optymalizacji zarządzania złożami geotermalnymi, a także wytwarzaniem energii elektrycznej i cieplnej oraz strategii ponownego wtłaczania płynu”, zauważa Kale.
Wpływ projektu GEOPRO
Powstawanie osadów kamiennych złożonych z minerałów takich jak krzemionka i węglan wapnia w odwiertach, rurach na powierzchni i urządzeniach, niesie za sobą poważne konsekwencje ekonomiczne. Zjawisko to może spowodować bowiem straty energii oraz zatrzymanie wytwarzania, podnosić koszty czyszczenia i konserwacji, a nawet doprowadzić do zamknięcia odwiertów i szybów wykorzystywanych do ponownego wtłaczania płynu pod powierzchnię. Usprawnione równania stanu wraz z symulacjami zapewnienia przepływu, które gwarantują, że rury nie ulegną zatkaniu, a także wprowadzenie nowych testów poprawią prognozowanie i modelowanie przyczyn powstawania osadów. Lokalne ogniska korozji wywołane odgazowywaniem CO2 mogą wpływać negatywnie na integralność strukturalną i żywotność rur, a także urządzeń w elektrowniach geotermalnych. Dodanie modeli rozpuszczalności CO2 i równań stanu dla płynów zawierających wodę, sól oraz dwutlenek węgla do symulacji zapewnienia przepływu umożliwi badaczom lepszą ocenę przyczyn odgazowania i optymalizację kontroli ciśnienia oraz tego szkodliwego zjawiska. „Symulacje geotermalne w połączeniu z opartymi na wiedzy narzędziami wspomagania decyzji mogą być wykorzystywane przez geologów do wspomagania operatorów w procesach optymalizacji układu odwiertów, a także doborze rur i odpowiednich powłok, przyczyniając się w ten sposób do obniżenia kosztów utrzymania instalacji”, twierdzi Kale. Nowe modele i narzędzia opracowane w ramach projektu GEOPRO pozwolą na zwiększenie dostępności i przystępności cenowej wytwarzania energii geotermalnej. Rozwiązania powstałe w ramach prac umożliwią ograniczenie powstawania osadów kamiennych oraz obniżenie temperatury ponownego wtłaczania płynu, zredukują zjawisko odgazowywania CO2, spowolnią degradację materiałów, zwiększą wydajność wytwarzania energii i pozwolą na wykorzystanie supergorących zbiorników o temperaturach dochodzących nawet do 440 °C). Wszystkie te osiągnięcia przyczynią się do obniżenia kosztów kapitałowych wynikających z przewymiarowania urządzeń, kosztów pompowania oraz kosztów związanych z korozją wyposażenia. Rezultatom tym będzie towarzyszył wzrost entalpii wydobycia i sprawności wytwarzania energii elektrycznej. Dodatkowo wiedza opracowana w ramach projektu GEOPRO przyczyni się do osiągnięcia nowych celów klimatycznych dla Europy na rok 2030. Współczynnik wykorzystania zdolności produkcyjnych dla energii geotermalnej przekracza 95 %. Wykorzsytanie narzędzi GEOPRO pozwoli na zoptymalizowanie produkcji i wykorzystania szybów geotermalnych oraz zwiększy sprawność operacyjną elektrowni geotermalnych, dzięki czemu geotermia zajmie ważne miejsce jako bezpieczne i zrównoważone źródło energii.
Słowa kluczowe
GEOPRO, płyn geologiczny, elektrownia geotermalna, odgazowywanie, narzędzia wspomagania decyzji, symulacje zapewnienia przepływu, powstawanie osadów
