Dostęp do energii geotermalnej dzięki innowacjom w dziedzinie odwiertów
Energia geotermalna, zmagazynowana w skałach i wodzie ulokowanych głęboko w skorupie ziemskiej, jest potencjalnym źródłem ogromnych ilości energii odnawialnej. Choć Ziemia ochładza się od czasu swojego powstania ponad 4,5 miliarda lat temu, wysokie temperatury w środku planety nadal ogrzewają jej wewnętrzną skorupę. „Możemy wydobywać to ciepło, przekształcać wodę w parę i zasilać turbiny w celu wytwarzania energii elektrycznej”, mówi kierownik projektu ORCHYD(odnośnik otworzy się w nowym oknie) Naveen Velmurugan z Mines Paris PSL(odnośnik otworzy się w nowym oknie) we Francji. Do innych potencjalnych zastosowań końcowych należy dostarczanie bezpośredniego ciepła do ogrzewania wody, a także procesów przemysłowych. Niewątpliwą zaletą tej technologii jest brak uzależnienia od warunków pogodowych, jak ma to miejsce w przypadku energii wiatrowej i słonecznej, a także niewielki ślad lądowy.
Dotrzeć do źródeł geotermalnych w skorupie ziemskiej
Główna trudność polega rzecz jasna na dotarciu do gorących źródeł geotermalnych znajdujących się głęboko w skorupie ziemskiej. „Z każdym kilometrem temperatura wzrasta o 20-30 stopni Celsjusza”, tłumaczy Velmurugan. „Wykonywanie odwiertów jest drogie i skomplikowane pod względem technicznym”. Projekt ORCHYD, koordynowany przez ARMINES(odnośnik otworzy się w nowym oknie) we Francji, miał na celu rozwiązanie tego problemu poprzez opracowanie nowej prototypowej techniki wykonywania odwiertów, przeznaczonej specjalnie do pracy w twardym granicie występującym na głębokości poniżej 3 km. To głębiej, niż zwykle prowadzone są odwierty w branży naftowej i gazowej. „Nasz pomysł polegał na połączeniu dwóch dojrzałych technologii – wysokociśnieniowego strumienia wody i wiercenia udarowego”, mówi Velmurugan. Na głębokości 4 km pod powierzchnią ciśnienie wywierane z góry na materiał skalny jest bardzo wysokie, co utrudnia wykonywanie odwiertów. W opracowanych w ramach projektu prototypie strumień wody tworzy rowek otaczający twardą skałę, pomagając zmniejszyć ten nacisk. Ułatwia to kruszenie skały przy pomocy wiercenia udarowego i pozwala zmniejszyć zużycie energii.
Otwarcie drogi do wydobycia energii geotermalnej
Opracowanie prototypu wymagało przeprowadzenia badań teoretycznych i testów laboratoryjnych. Dostęp do ośrodka eksperymentalnego PSL w Pau we Francji pozwolił zespołowi na odtworzenie warunków panujących na głębokości do 4 km w skorupie ziemskiej. „Mieliśmy możliwość wykorzystania tego obiektu do przetestowania naszego procesu na różnych rodzajach skał i na różnych głębokościach”, wyjaśnia koordynator projektu Laurent Gerbaud. „Mogliśmy przetestować oba procesy osobno, a także razem. Dzięki temu pod koniec projektu mieliśmy już gotowy prototyp”. Jak twierdzi Gerbaud, wyniki przekroczyły oczekiwania badaczy. „Udało nam się poprawić wskaźnik penetracji czterokrotnie, a wydajność wiercenia (biorąc pod uwagę zużycie energii) – 24-krotnie”, mówi. „Ważne było dla nas zademonstrowanie, że technika ta pozwala na wiercenie w twardym granicie i że przyczynia się do zwiększenia wydobycia energii geotermalnej”.
Wprowadzenie energii geotermalnej do europejskiego koszyka energetycznego
W dalszej kolejności planowane jest udoskonalanie technologii oraz przeprowadzenie prób w terenie. „Dowiedzieliśmy się wiele na temat tego, na czym polega ten proces i jak działa”, dodaje Velmurugan. „Teraz chcemy go jeszcze rozwinąć”. Zgodnie z tymi deklaracjami w dłuższej perspektywie zespół projektu ORCHYD planuje pokazać branży, w jaki sposób ta technika może skrócić czas i obniżyć koszty wykonywania odwiertów. Miałoby to znaczący wpływ na łączne uśrednione koszty wytworzenia energii geotermalnej, tak by stały się zbliżone do kosztów innych odnawialnych źródeł energii, takich jak wiatrowa i słoneczna. „Pomogłoby to wprowadzić energię geotermalną do europejskiego koszyka energetycznego”, dodaje Velmurugan. „Aby tak się stało, potrzebne są inwestycje, ale długoterminowy potencjał tej technologii jest ogromny”.