nu atât de adânc de căldură – creșterea rolului și competitivității geotermale în sectorul de căldură

instalatii de foraj pe site-ul în Schwerin, Germania (sursa: Daldrup & s)

Alexander Richter 6 aprilie 2020

Shallow – sau mai bine „shallower”-energia geotermală este abordată într-un articol interesant al Casei de software bazate pe NZ Seequent. Furnizor de software geoscience, compania a luat o poziție interesantă în lumea geotermală pe care o servește, împingând, de asemenea, narațiunea a ceea ce are de oferit energia geotermală.

a făcut-o recent într-un articol despre „nu atât de adâncă căldură” publicat în martie 2020. Deci, în timp ce descrie geotermală superficială – în contextul sectorului geotermal profund – articolul se referă la resursele geotermale care nu sunt atât de fierbinți și nu sunt situate la adâncimile de care avem nevoie pentru generarea de energie din resurse geotermale fierbinți. În mod tradițional, am vorbit despre geotermală superficială ca în „aproape de suprafață” pentru sistemul de geo-schimb (pompe de căldură, de la câțiva metri la 50/ 100 de metri), în timp ce geotermală adâncă (folosită în Germania pentru a diferenția) se referă la orice lucru care găurește pentru temperaturi calde (sau din ce în ce mai mult, de asemenea, nu atât de calde). Dar liniile dintre dezvoltarea geotermală care vizează energia geotermală bazată pe rezervor (derivând în esență căldura prin apă ca purtător) și abordările directe de schimb de căldură care utilizează orice, de la aproape de suprafață la sisteme super adânci în granit (derivând căldura printr-un sistem de schimb care poate folosi apă sau altceva).

utilizarea tradițională a energiei geotermale a fost de a genera energie electrică și, în general, necesită fluide la temperaturi foarte ridicate pentru a furniza diferențele de temperatură necesare. Din păcate, astfel de aplicații sunt extrem de constrânse geografic; ele tind să funcționeze doar în zone în care există vulcani sau temperaturi foarte ridicate/scăzute, de exemplu, Noua Zeelandă, Indonezia și Islanda.

geotermală superficială poate fi atinsă cu o instalație de foraj mult mai mică și mai puțin costisitoare decât nevoile geotermale la temperaturi ridicate. Este, de asemenea, mai puțin greoaie și necesită o tehnologie mai puțin complexă și costisitoare.

Jeremy O ‘ Brien: Director Global – energie, Seequent

dar ceea ce geotermală oferă, de asemenea, este capacitatea de a furniza doar căldură. Acest lucru poate fi util la temperaturi mult mai scăzute, iar această resursă geotermală la temperaturi scăzute poate fi găsită în multe alte locații, fără a fi forată atât de adânc. Deși este posibil ca această abordare să nu aibă capacitatea de a genera cantități mari de energie electrică, ea poate juca un rol important în deplasarea nevoii de a crea energie electrică dintr-o altă sursă.

„cea mai mare valoare a energiei geotermale superficiale este că înlocuiește energia de bază”, spune Jeremy O ‘ Brien, managerul de afaceri al energiei Seequent. „Aproximativ 40% din toată energia utilizată în Europa este pentru încălzire și răcire, deci dacă ați reușit să obțineți jumătate din acel 40% din forarea unor găuri în pământ, acesta este un beneficiu enorm.”

geotermală oferă, de asemenea, un avantaj deosebit față de alte surse regenerabile. E mereu acolo. „Dacă soarele nu strălucește sau vântul nu suflă, tot funcționează. Este energie curată 24/7 și nu va dispărea.”

sarcina de bază este un obiectiv cheie pentru Controlul emisiilor

o mare parte din energia de bază pe care se bazează societatea noastră a provenit în trecut din producția de cărbune sau gaze, iar acestea sunt sursele în prezent reduse prin acordurile de CO2. (În 2020, utilizarea la nivel mondial a energiei electrice pe bază de cărbune este pe drumul cel bun pentru cea mai mare scădere anuală înregistrată vreodată, după patru decenii de creștere aproape neîntreruptă.)

în timp ce energia solară și eoliană joacă, de asemenea, un rol esențial în reducerea emisiilor noastre de CO2, acestea nu se concentrează de obicei pe înlocuirea pur a sarcinii de bază. Geotermală superficială nu are nevoie de o baterie pentru a stoca energia pe care o creează. Doar stă acolo în pământ, așteptând să fie lovit. Amprenta unei centrale geotermale va fi, de asemenea, de obicei mult mai mică decât cea a unei rețele de energie solară sau a unui Parc Eolian, deoarece toate ridicările grele se desfășoară în subteran.

toate acestea înseamnă că geotermale de mică adâncime – în special aplicații de pompe de căldură – are capacitatea de a fi extrem de ‘locale’. (Un bun exemplu este tendința supermarketurilor de a extrage căldură de sub propriile magazine și de a folosi schimbătoare de căldură pentru a compensa puterea lor de refrigerare.) Sau poate fi la nivel de oraș. Copenhaga este unul dintre numeroasele orașe europene care explorează potențialul geotermal de mică adâncime pentru a sprijini încălzirea urbană pentru rezidenți.

„adesea căutați doar temperaturi cuprinse între 50 și 80 de grade Celsius”, spune Jeremy O ‘ Brien, „dar în multe cazuri asta este tot ce aveți nevoie pentru înlocuirea sarcinii de bază.”Nici ideea nu este de fapt atât de nouă. „Mulți oameni nu-și dau seama că Parisul a avut încălzire geotermală din anii 1970 …”

în adâncurile nu atât de adânci

deci, cât de adânc este superficial? „Presupun că în limba noastră am spune ceva mai puțin de 1.000 de metri, în timp ce într-un sens geotermal normal, adâncimea medie a unui puț ar fi de 2.000 de metri.

„ceea ce este important este că tot ceea ce se află la cei 1000 de metri de suprafață poate fi atins cu o instalație de foraj mult mai mică și mai puțin costisitoare decât nevoile geotermale la temperaturi ridicate. Este, de asemenea, mai puțin greoaie și necesită o tehnologie mai puțin complexă și costisitoare.”

și în multe cazuri, pompele de căldură simple pot fi eficiente la mult mai puțin decât atât. Galeria Tate Modern din Londra a optat pentru o soluție geotermală care merge la doar cinci metri până la un pat de pietriș de râu. Folosește forajul pentru a satisface o parte din cerințele de încălzire ale clădirii în timpul iernii și nevoile de răcire în timpul verii, păstrând colecția neprețuită de Picassos, Dalis, Rothkos și multe altele la un confortabil (și necesar la nivel internațional) de 18 până la 25 de grade.

din nou, în Marea Britanie, cercetătorii explorează modul în care moștenirea țării de mine de cărbune abandonate ar putea fi folosită pentru a crea o a doua viață de generare a căldurii – de data aceasta folosind temperaturile ușor ridicate (în jur de 30 de grade) din mile de goluri goale care stau acolo în pământ.

cum se dezvăluie potențialul geotermal superficial

o cheie pentru a face munca geotermală superficială este localizarea formațiunilor particulare și a unităților stratigrafice care au fluide de temperatură bune în ele și care pot fi utilizate eficient. Sondajele ar putea include date seismice, gravitaționale, telurice magnetice, dar poate fi de neprețuit să le încorporăm cu ceea ce se știe deja despre locație, subliniază Jeremy O ‘ Brien.

„există puțuri vechi de explorare a petrolului și gazelor sau poate puțuri vechi de apă subterană unde datele pot fi integrate cu geofizica? Care sunt debitele din puțurile existente? Ce vă spune asta despre zonele care ar putea fi cele mai interesante de explorat? Unde sunt cele mai ridicate temperaturi și care este geologia?”

munca de detectiv bun poate veni în mai multe forme. De exemplu, un tur Google Earth în Almeria din sud-estul Spaniei dezvăluie un peisaj strălucitor de sere care acoperă aproape întreaga peninsulă. Este cea mai mare colecție din Europa. Când au căutat zone cu potențial geotermal ridicat, cercetătorii au argumentat că fermierii ar putea ști ceva ce nu au

„doar în interior puteți vedea liniile de falie care trec prin topografie, iar fermierii forau apă pe aceste dealuri. Canalele de eroare fluidele adânc în jos și înapoi din nou într-un mod foarte eficient, astfel încât acestea să se încălzească în raport cu apele subterane benigne. Nu a fost bun pentru plante, deoarece a luat prea multe săruri, dar pentru energia geotermală a fost ideal….”

studiu de caz – evaluarea potențialului geotermal superficial în zonele urbane; Catalonia, Spania

zonele urbane europene se decarbonizează, iar piața energiei se îndreaptă către surse regenerabile. Popularitatea energiei geotermale superficiale este în creștere. Catalonia din Spania este o regiune care explorează posibilitățile și este un studiu de caz pentru proiectul MUSE (gestionarea energiei geotermale superficiale urbane). Zona urbană Girona a fost aleasă ca prima zonă pilot – nu fără provocările sale.

proprietățile termice ale subsolului determină câtă energie poate fi extrasă prin schimbătoare de căldură, iar în jurul Gironei proprietățile geologice și hidrogeologice ale fiecărei unități stratigrafice sunt complexe și variază semnificativ. A fost nevoie de un model 3D detaliat și software-ul Leapfrog a fost folosit pentru a pregăti acel model din toate datele disponibile, care au fost substanțiale.

în total, aproximativ 1400 de găuri de foraj, 4 hărți geologice la scara 1: 25000, 5 hărți geologice la scara 1:5000, 2 hărți hidrogeologice scara 1: 25000 și o multitudine de date geofizice au fost utilizate pentru a pregăti un model geologic detaliat al unei zone de 10 km lățime, 9 km lungime și 300m adâncime. Un volum total de model de 29km3. De asemenea, au fost monitorizate temperaturile medii ale apelor subterane.

pentru a interpreta și prezenta geologia subsolului în cel mai bun mod posibil, a fost necesar să se construiască un model de bază care să definească perioadele Paleogen-Paleozoic, Neogen și cuaternar. De fapt, 31 de unități geologice au fost modelate în total, între Ordovician și cuaternar. Accentul a fost pus pe determinarea adâncimii și expansiunii spațiale a bazinului sedimentar La Selva din Girona (umplerea sedimentară a bazinului este probabil să fie principalul mediu prin care să se utilizeze resursele geotermale). Cercetarea este în curs de desfășurare și va contribui în cele din urmă la proiectul GeoEnergy SGE, care va oferi o platformă pentru evaluarea potențialului geotermal la scară regională și locală și va ajuta Girona să decidă care zone sunt cele mai fezabile pentru instalarea sistemelor de încălzire cu buclă deschisă și închisă.

folosind Leapfrog pentru a urmări căldura

din ce în ce mai mult, guvernele caută să analizeze și să sorteze toate datele pe care le-au adunat în zone, cum ar fi Almeria, unde suspectează că ar putea exista gradienți de căldură utilizabili din cauza defectării sau presării acviferelor sedimentare etc.

„cred că saltul poate aduce o contribuție reală la asta”, consideră Jeremy O ‘ Brien. „Este un instrument foarte intuitiv pentru combinarea tuturor acestor seturi de date diferite într-un singur loc. Puteți construi o imagine a subsolului care va identifica potențialele pete care altfel nu ar fi fost intuitive.

„dacă începeți un proiect, este posibil să aveți o secțiune geologică veche care acoperă o regiune masivă și trebuie să integrați toate aceste date într-un singur loc. Leapfrog poate accelera asta enorm, construind rapid o imagine și generând vizualizări. În comparație, s-ar putea să vă ia zile pentru a desena în mod explicit contururile de temperatură de mână sau prin utilizarea unui alt pachet.

„screeningul multor date îl face rapid un instrument puternic în identificarea zonelor cu potențial geotermal superficial. Apoi, odată ce campania de foraj este planificată, datele proaspete pot fi introduse pentru a actualiza modelul și a arăta ce se întâmplă în subteran. Deoarece Leapfrog se conectează cu alte programe de simulare, puteți privi și fluxul de apă din sol sau schimbările de temperatură. Software-ul poate ghida echipele pe unde foraj ar trebui să apară, și apoi du-te pentru a ajuta la înțelegerea și gestionarea resurselor cu timpul.

„înseamnă că Leapfrog poate susține un proiect de la început până la sfârșit, de-a lungul lanțului valoric.”