Not so deep heat – rosnąca rola i konkurencyjność energii geotermalnej w sektorze ciepłowniczym

Wiertnica na miejscu w Schwerinie w Niemczech (źródło: Daldrup & Söhne AG)

Alexander Richter 6 kwietnia 2020

płytka – lub lepiej „płytsza” -Energia geotermalna jest poruszana w ciekawym artykule autorstwa software house ’ a Seequent z siedzibą w NZ. Firma, jako dostawca oprogramowania do badań geologicznych, zajęła interesującą pozycję w świecie geotermalnym, któremu służy, przesuwając również narrację o tym, co Energia geotermalna ma do zaoferowania.

niedawno to zrobił w artykule na temat „Not so deep Heat” opublikowanym w marcu 2020 roku. Tak więc opisując płytkie zasoby geotermalne – w kontekście sektora geotermalnego głębokiego-artykuł odnosi się do zasobów geotermalnych, które nie są tak gorące i nie znajdują się na głębokościach, których potrzebujemy do wytwarzania energii z gorących zasobów geotermalnych. Tradycyjnie mówimy o płytkiej geotermii, jak w „blisko powierzchni” dla systemu geo-wymiany (pompy ciepła, od kilku metrów do 50/ 100 metrów), podczas gdy głęboka Geotermia (używana w Niemczech do rozróżniania) odnosi się do wszystkiego, co wierci do gorących (lub coraz częściej nie tak gorących) temperatur. Ale linie między rozwojem geotermalnym ukierunkowanym na energię geotermalną opartą na zbiorniku (zasadniczo wyprowadzanie ciepła przez wodę jako nośnik) a bezpośrednimi metodami wymiany ciepła, które wykorzystują wszystko, od bliskich powierzchni do super głębokich systemów w granicie (wyprowadzanie ciepła przez system wymiany, który może wykorzystywać wodę lub coś innego).

tradycyjne wykorzystanie energii geotermalnej polega na wytwarzaniu energii elektrycznej, co zazwyczaj wymaga płynów o bardzo wysokiej temperaturze, aby zapewnić niezbędne różnice temperatur. Niestety, takie zastosowania są bardzo ograniczone geograficznie; mają tendencję do działania tylko w obszarach, gdzie występują wulkany lub bardzo wysokie / niskie temperatury, np. Nowa Zelandia, Indonezja i Islandia.

płytkie geotermalne można uzyskać za pomocą znacznie mniejszej i tańszej platformy wiertniczej niż wysokotemperaturowe potrzeby geotermalne. Jest to również mniej uciążliwe i wymaga mniej skomplikowanej i kosztownej technologii.

Jeremy O ’ Brien: Global Director – Energy, Seequent

ale to, co zapewnia również Geotermia, to zdolność tylko dostarczania ciepła. To może być przydatne w znacznie niższych temperaturach, a ten niskotemperaturowy zasób geotermalny można znaleźć w wielu innych miejscach, bez tak głębokiego wiercenia. Chociaż takie podejście może nie być w stanie wytwarzać dużych ilości energii elektrycznej, może odgrywać ważną rolę w wyparciu potrzeby wytwarzania energii elektrycznej z innego źródła.

„największą wartością płytkiej energii geotermalnej jest to, że zastępuje ona energię obciążenia bazowego”, mówi Jeremy O ’ Brien, Menedżer firmy energetycznej Seequent. „Około 40% całej energii zużywanej w Europie przeznacza się na ogrzewanie i chłodzenie, więc jeśli udało się uzyskać połowę tych 40% z wiercenia niektórych otworów w ziemi, jest to ogromna korzyść.”

Geotermia oferuje również szczególną przewagę nad innymi źródłami odnawialnymi. Zawsze tam jest. „Jeśli słońce nie świeci lub wiatr nie wieje, to nadal działa. To czysta energia 24/7 i nie zniknie.”

obciążenie Podstawowe jest kluczowym celem kontroli emisji

znaczna część energii obciążenia podstawowego, na której opiera się nasze społeczeństwo, pochodzi w przeszłości z produkcji węgla lub gazu, a te źródła są obecnie ograniczane przez umowy CO2. (W 2020 r. światowe zużycie energii elektrycznej opalanej węglem jest na dobrej drodze do największego w historii rocznego spadku, po czterech dekadach niemal nieprzerwanego wzrostu.)

podczas gdy energia słoneczna i wiatrowa również mają do odegrania kluczową rolę w zmniejszaniu naszej emisji CO2, zwykle nie koncentrują się one wyłącznie na zastępowaniu obciążenia podstawowego. Płytka Energia geotermalna nie potrzebuje baterii do magazynowania wytwarzanej energii. Leży w ziemi i czeka, aż ktoś go dotknie. Ślad instalacji geotermalnej będzie również zwykle znacznie mniejszy niż w przypadku elektrowni słonecznej lub farmy wiatrowej, ponieważ wszystkie ciężkie podnoszenie odbywa się pod ziemią.

wszystko to oznacza, że płytkie geotermalne – zwłaszcza zastosowania pomp ciepła – mają zdolność do bycia wysoce „lokalnym”. (Dobrym przykładem jest tendencja supermarketów do wydobywania ciepła spod własnych sklepów i używania wymienników ciepła do kompensowania mocy chłodniczej.) Lub może być w całym mieście. Kopenhaga jest jednym z wielu europejskich miast badających potencjał płytkiej geotermalnej energii cieplnej dla mieszkańców.

„często szukasz tylko temperatur w zakresie od 50 do 80 stopni Celsjusza”, mówi Jeremy O ’ Brien, „ale w wielu przypadkach to wszystko, czego potrzebujesz do wymiany obciążenia podstawowego.”Ani pomysł nie jest tak nowy. „Wiele osób nie zdaje sobie sprawy, że Paryż ma ogrzewanie geotermalne od lat 70-tych…”

w nie tak głębokiej

więc jak głęboko jest płytko? „Przypuszczam, że w naszym języku powiedzielibyśmy coś mniej niż 1000 metrów, podczas gdy w normalnym sensie geotermalnym średnia głębokość studni wynosiłaby 2000 metrów.

„ważne jest to, że wszystko w obrębie tych 1000 metrów powierzchni można osiągnąć za pomocą znacznie mniejszej i tańszej platformy wiertniczej niż wysokotemperaturowe potrzeby geotermalne. Jest to również mniej uciążliwe i wymaga mniej skomplikowanej i kosztownej technologii.”

a w wielu przypadkach proste pompy ciepła mogą być skuteczne w znacznie mniejszym stopniu. Londyńska Galeria Tate Modern zdecydowała się na rozwiązanie geotermalne, które sięga zaledwie pięciu metrów w dół do koryta żwiru rzecznego. Wykorzystuje otwór wiertniczy, aby zaspokoić część wymagań grzewczych budynku w zimie i potrzeby chłodzenia w lecie, utrzymując nieocenioną kolekcję Picassos, Dalis, Rothkos i innych na wygodnym (i wymaganym międzynarodowo) poziomie od 18 do 25 stopni.

ponownie w Wielkiej Brytanii naukowcy badają, w jaki sposób dziedzictwo opuszczonych kopalń węgla mogłoby zostać wykorzystane do stworzenia drugiego życia wytwarzania Ciepła – tym razem wykorzystując lekko podniesione temperatury (około 30 stopni) Mil pustych pustek znajdujących się tam na ziemi.

jak płytki potencjał geotermalny ujawnia się

kluczem do płytkiej pracy geotermalnej jest zlokalizowanie poszczególnych formacji i jednostek stratygraficznych, które mają w sobie płyny o dobrej temperaturze i które można skutecznie wykorzystać. Badania mogą obejmować dane sejsmiczne, grawitacyjne, magnetyczne telluryczne, ale może być bezcenne włączenie tego do tego, co już wiadomo o lokalizacji, wskazuje Jeremy O ’ Brien.

” czy są stare studnie poszukiwawcze ropy i gazu, a może Stare studnie wód podziemnych, w których dane można zintegrować z geofizyką? Jakie są natężenia przepływu z istniejących studni? Co to mówi o obszarach, które mogą być najbardziej interesujące do zbadania? Gdzie są najwyższe temperatury i jaka jest Geologia?”

dobra praca detektywistyczna może przybrać różne formy. Na przykład wycieczka Google Earth po Almerii w południowo-wschodniej Hiszpanii ujawnia błyszczący krajobraz szklarni obejmujących prawie cały półwysep. To największa kolekcja w Europie. Szukając obszarów o wysokim potencjale geotermalnym, naukowcy uznali, że rolnicy mogą wiedzieć coś, czego nie wiedzą

„tylko w głębi lądu widać linie uskoków biegnące przez topografię, a rolnicy wiercili w poszukiwaniu wody na tych wzgórzach. Uskok kanalizuje płyny w głąb i z powrotem w bardzo wydajny sposób, dzięki czemu stają się gorące w stosunku do łagodnych wód gruntowych. Nie było to dobre dla roślin, ponieważ zebrało zbyt wiele soli, ale dla energii geotermalnej było idealne….”

CASE STUDY – Assessing shallow geotermal potential in urban areas; Catalonia, Spain

europejskie obszary miejskie ulegają dekarbonizacji, a rynek energii przesuwa się w kierunku odnawialnych źródeł energii. Rośnie popularność płytkiej energii geotermalnej. Hiszpańska Katalonia jest jednym z regionów badających możliwości i jest studium przypadku dla projektu MUSE (Zarządzanie płytkimi obszarami miejskimi-Energia geotermalna). Obszar miejski Girony został wybrany jako pierwszy obszar pilotażowy-nie bez wyzwań.

to właściwości termiczne podglebia decydują o tym, ile energii można uzyskać za pomocą wymienników ciepła, a wokół Girony geologiczne i hydrogeologiczne właściwości każdej jednostki stratygraficznej są złożone i znacznie się różnią. Potrzebny był szczegółowy model 3D, a oprogramowanie Leapfrog posłużyło do przygotowania tego modelu na podstawie wszystkich dostępnych danych, co było znaczące.

w sumie około 1400 otworów wiertniczych, 4 mapy geologiczne w skali 1: 25000, 5 map geologicznych w skali 1:Do opracowania szczegółowego modelu geologicznego obszaru o szerokości 10 km, długości 9 km i głębokości 300 m wykorzystano 5000, 2 mapy hydrogeologiczne w skali 1:25000 oraz bogactwo danych geofizycznych. Całkowita objętość modelu 29km3. Monitorowano również średnie temperatury wód gruntowych.

aby jak najlepiej zinterpretować i przedstawić geologię podglebia, konieczne było zbudowanie modelu bazowego określającego okres paleogenu-paleozoiku, neogenu i czwartorzędu. W sumie modelowano 31 jednostek geologicznych, pomiędzy Ordowikiem a Czwartorzędem. Skupiono się na określeniu głębokości i przestrzennej ekspansji basenu osadowego La Selva w Gironie (wypełnienie osadowe basenu prawdopodobnie będzie głównym medium, dzięki któremu można wykorzystać zasoby geotermalne). Badania są w toku i ostatecznie przyczynią się do projektu GeoEnergy SGE, który zapewni platformę do oceny potencjału geotermalnego w skali regionalnej i lokalnej oraz pomoże Gironie zdecydować, które obszary są najbardziej możliwe do zainstalowania otwartych i zamkniętych systemów grzewczych.

używając Leapfrog do pogoni za ciepłem

coraz częściej rządy starają się prześwietlić i przesiać wszystkie dane, które zgromadziły w obszarach, takich jak Almeria, gdzie podejrzewają, że mogą istnieć użyteczne gradienty ciepła z powodu uskoków lub presji osadowych warstw wodonośnych itp.

„myślę, że Leapfrog może mieć do tego prawdziwy wkład” – uważa Jeremy O ’ Brien. „Jest to bardzo intuicyjne narzędzie do łączenia wszystkich tych różnych zestawów danych w jednym miejscu. Możesz zbudować obraz podpowierzchni, który zidentyfikuje potencjalne miejsca, które w przeciwnym razie mogłyby nie być intuicyjne.

” jeśli rozpoczynasz projekt, możesz mieć Stary przekrój geologiczny, który obejmuje ogromny region i musisz zintegrować wszystkie te dane w jednym miejscu. Leapfrog może to ogromnie przyspieszyć, szybko budując obraz i generując wizualizacje. Dla porównania rysowanie konturów temperatury ręcznie lub za pomocą innego opakowania może zająć kilka dni.

„Szybkie skanowanie wielu danych sprawia, że jest to potężne narzędzie do identyfikacji obszarów o potencjale płytkiej geotermii. Następnie, po zaplanowaniu kampanii wiercenia, można wprowadzić nowe dane, aby zaktualizować model i pokazać, co dzieje się w podpowierzchni. Ponieważ Leapfrog łączy się z innym oprogramowaniem symulacyjnym, można również obserwować przepływ wody w ziemi lub zmiany temperatury. Oprogramowanie może kierować zespołami na temat miejsca, w którym powinno nastąpić wiercenie, a następnie pomóc w zrozumieniu i zarządzaniu zasobem z czasem.

„oznacza to, że Leapfrog może wspierać projekt Od początku do końca, w całym łańcuchu wartości.”