Badanie właściwości płynów zwiększa potencjał geotermii
Głęboko pod skorupą naszej planety znajduje się naturalne źródło energii. Elektrownie geotermalne wykorzystują gorące płyny ze zbiorników zlokalizowanych w głębi ziemi. Po wypompowaniu na powierzchnię, płyn jest wykorzystywany bezpośrednio do napędzania turbiny lub przepływa przez wymiennik ciepła, gdzie oddaje ciepło do płynu obiegowego, który porusza turbiną połączoną z generatorem wytwarzającym energię elektryczną. „Wraz ze zmianami ciśnienia i temperatury, płyn ze zbiornika ulega procesom chemicznym lub fizycznym zmieniającym jego skład bądź właściwości. Może to powodować wytrącanie się minerałów, co prowadzi do zatykania rur, korozji elementów instalacji lub odgazowanie – każde z tych zjawisk wpływa negatywnie na pracę elektrowni oraz na wyniki finansowe projektu”, wyjaśnia Simona Regenspurg, koordynatorka finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu REFLECT. Obecne prognozy oparte na modelach charakteryzują się dużą niepewnością ze względu na fakt, że gromadzenie próbek płynu oraz pomiary in situ w ekstremalnych warunkach – na przykład przy występowaniu ekstremalnie zasolonych lub gorących płynów – stanowią ogromne wyzwanie zarówno dla sprzętu, jak i wykorzystywanych procedur.
Sprostać wyzwaniom związanym z wykorzystywaniem energii geotermalnej
Konsorcjum projektu REFLECT postanowiło zająć się problemem u jego źródła, gromadząc wysokiej jakości dane chemiczne, fizyczne i mikrobiologiczne przy ekstremalnych poziomach zasolenia, ciśnieniach i temperaturach w czasie pomiarów terenowych. Doświadczenia laboratoryjne i modele predykcyjne pozwoliły lepiej zrozumieć procesy wytrącania, korozji i odgazowywania. „Partnerzy skupieni wokół projektu zebrali dane z przeszło 3 000 próbek płynów ze źródeł geotermalnych na terenie swoich krajów oraz przeanalizowali pod tym kątem ogólnodostępne źródła. W trakcie trwania projektu zebraliśmy również 80 próbek z wybranych źródeł”, zauważa Katrin Kieling, kierowniczka projektu. Wszystkie zebrane informacje posłużyły jako dane wejściowe do Europejskiego Atlasu Płynów Geotermalnych (European Geothermal Fluid Atlas) – bazy danych, która gromadzi dane na temat źródeł geotermalnych, obejmujące właściwości fizyczne, chemiczne i mikrobiologiczne płynów, a także informacje geograficzne, geologiczne i dotyczące głębokości położenia. Dane zostały także włączone do predykcyjnych modeli, które mogą wspomagać optymalizację systemów geotermalnych. Na powyższym zdjęciu widać filtrowanie płynu geotermalnego na potrzeby analizy mikrobiologicznej podczas pobierania próbek w zakładzie geotermalnym Bad Blumau w Austrii. „Nasz »Atlas Płynów Geotermalnych« to pierwszy zbiór danych fizycznych i chemicznych dotyczących płynów występujących w szybach geotermalnych na terenie Europy. Jego celem jest ułatwienie wyboru nowych potencjalnych lokalizacji odwiertów geotermalnych, a także umożliwienie efektywnego projektowania i rozmieszczania nowych elektrowni tego typu”, zauważa Regenspurg.
Lepsze dane dzięki doświadczeniom i innowacjom
Badacze należący do zespołu projektu REFLECT dokonali przeglądu związków organicznych i mikroorganizmów występujących w płynach geotermalnych z głębszych obszarów. Dane te mogą pomóc w przewidywaniu wpływu oddziaływania mikroorganizmów na działanie elektrowni. Mogą one na przykład wywoływać wytrącanie się minerałów, ograniczając tym samym wydajność zakładów. Badacze opracowali także otwartoźródłowy pakiet oprogramowania porousMedia4Foam pozwalający na symulowanie procesów hydro-geochemicznych w różnych skalach. Zagadnienia geochemiczne są obsługiwane przez oprogramowanie PHREEQC, które zostało połączone z algorytmami obliczającymi przepływ i transport wykorzystanymi w pakiecie OpenFOAM®. Rozwiązanie zostało dostosowane do modelowania charakteru przepływu płynu w geotermalnych odwiertach produkcyjnych. Wiele doświadczeń w ramach projektu zostało przeprowadzone w laboratoriach. Wśród nich można wymienić próby odgazowywania CO2, aby ustalić ciśnienie oraz tempo powstawania pęcherzyków przy różnych poziomach zasolenia i w różnych temperaturach. Znajomość tych parametrów jest kluczem do skutecznego zapobiegania blokadom ścieżek w zbiornikach geotermalnych. Aby jeszcze bardziej usprawnić zbieranie danych w przyszłości, badacze opracowali nowatorską technikę pobierania próbek, która znacząco rozszerzy zakres temperatur i ciśnień pozwalających na pobieranie próbek z gorących i supergorących odwiertów, co pozwoli na tworzenie bardziej zrównoważonych układów instalacji na potrzeby supergorących systemów geotermalnych.
Zalecenia dotyczące zapobiegania problemom zanim powstaną
„Wyniki projektu REFLECT będą miały duży wpływ na wydajność operacyjną, wyniki finansowe oraz opłacalność elektrowni geotermalnych”, zauważa Regenspurg. „Dzięki określeniu właściwości płynów geotermalnych oraz stałych reakcji geochemicznych w dużym zakresie poziomów zasolenia i temperatur udało nam się wypełnić dużą lukę w wiedzy, co pozwoli nam znacznie lepiej przewidywać wydajność elektrowni geotermalnych”.
Słowa kluczowe
REFLECT, elektrownia geotermalna, płyn do wymiany ciepła, energia geotermalna, wytrącanie, odgazowanie, korozja, OpenFOAM®, geotermalna, geochemiczna
