Eksploatacja płynów geotermalnych wiąże się z licznymi problemami. Już na etapie planowania konieczne jest określenie czy zasoby ciepłych wód podziemnych posiadają wystarczającą wydajność do prowadzenia wydobycia i czy eksploatacja nie stanowi zagrożenia dla ujęć wód pitnych.

Po rozpoczęciu pracy instalacji geotermalnych pojawiają się kolejne wyzwania natury technologicznej i geologicznej: utrzymanie równowagi termodynamicznej zbiornika, utrzymanie odpowiedniej wydajności zatłaczania schłodzonych wód czy przeciwdziałanie kolmatacji.
Coraz głośniej mówi się o różnych technologiach, pozwalających na uniknięcie problemów związanych z wydobywaniem na powierzchnię ziemi płynów geotermalnych poprzez zastosowanie innego nośnika energii cieplnej.

Jednym z najszerzej stosowanych mediów jest dwutlenek węgla. Gaz ten, powodujący tak duże spustoszenia w atmosferze, wydaje się być idealnym zamiennikiem wód termalnych.

W jaki sposób CO2 zastępuje wody termalne?

Dwutlenek węgla może spełniać różne role w zależności od rodzaju technologii:

  • jako wsparcie dla układów geotermalnych bazujących na wodzie termalnej – iniekcja CO2 ma za zadanie zwiększenie ciśnienia solanki w zbiorniku geotermalnym. Spadek ciśnienia występuje na skutek długotrwałej eksploatacji, szczególnie w przypadku instalacji, gdzie niewielka część schłodzonych wód zatłaczana jest z powrotem do złoża. Zdarza się, że przebiegające naturalnie procesy hydrogeologiczne uzupełniania poziomu wód podziemnych nie są w stanie zrekompensować ubytków w taki sposób aby zachowane zostało pierwotne ciśnienie. Iniekcja CO2 do złoża ma na celu utrzymanie produktywności odwiertów geotermalnych. Takie rozwiązania stosowane są w procesie wydobycia ropy naftowej w Stanach Zjednoczonych,
  • jako nośnik energii cieplnej, krążący w zamkniętej instalacji – technologia ECO2G. Zakłada ona wykorzystanie dwutlenku węgla o parametrach nadkrytycznych, który cyrkuluje w rurociągu, znajdującym się w ośrodku skalnym. Następuje ogrzanie gazu, który jest następnie wyprowadzany za pomocą rurociągu na powierzchnię ziemi, gdzie energia cieplna wykorzystywana jest do produkcji energii elektrycznej,
  • jako nośnik energii cieplnej, krążący w ośrodku skalnym – technologia Carbon Dioxide (CO2) Plume Geothermal.

CO2 płynem geotermalnym!

Amerykańska firma TerraCOH Advanced Geothermal Energies prowadzi testy innowacyjnej technologii zakładającej wykorzystanie dwutlenku węgla jako płynu geotermalnego. Zakłada ona iniekcję CO2 do wysoce przepuszczalnych jednostek geologicznych w celu odzyskania energii cieplnej.

Rozwiązanie to uznać można za kolejną generację technologii geotermalnej, obniżającą zarówno kapitał, jak i koszty operacyjne produkcji energii elektrycznej i gwałtownie zwiększającą zasięg geograficzny. Do głównych plusów zaliczyć można wykorzystanie nieeksploatowanych odwiertów zarówno geotermalnych jak i wykonanych w celu poszukiwania ropy naftowej i gazu ziemnego, co pozwala uniknąć kosztownych wierceń.

Wykorzystanie CO2 jako płynu geotermalnego zmniejsza wydobycie wód podziemnych i likwiduje problem z zagospodarowaniem schłodzonego medium, które znacznie łatwiej jest zatłoczyć do ośrodka skalnego niż wodę. Ważną zaletą jest możliwość stosowania omawianej technologii w wielu lokalizacjach, również takich, w których nie ma warunków do eksploatacji wód termalnych. Głównym kryterium geologicznym dla technologii Carbon Dioxide (CO2) Plume Geothermal jest obecność miąższych warstw porowatych i przepuszczalnych skał. Firma TerraCOH szacuje, że ok. 24% powierzchni Stanów Zjednoczonych charakteryzuje się odpowiednią budową geologiczną do wdrożenia nowej technologii.

Jakie są zalety CO2 stosowanego w systemach geotermalnych?

CO2 stosowany jako płyn roboczy w podpowierzchniowych i energetycznych systemach zapewnia wyższą wydajność konwersji energii niż systemy oparte na wodzie. Systemy zasilania CO2 są bardzo kompaktowe, co znacznie obniża koszty w porównaniu ze starszymi systemami. Mogą być budowane poza terenem zakładu po niskich kosztach i przenoszone w razie potrzeby. Co więcej, systemy CPG mogą ponownie wykorzystywać istniejące studnie w polach węglowodorów, zmniejszając koszty i skracając czas budowy.

Nie bez znaczenia jest mobilność CO2 (gęstość podzielona przez lepkość dynamiczną), znacznie większa niż wody. To sprawia, że: przepływ płynu i odprowadzanie ciepła ze zbiornika jest większe niż w przypadku wody, wpływa także na poprawę wydajności pompowania.
Łącznie korzyści te oznaczają, że można stosować niższe temperatury i formacje o mniejszej przepuszczalności niż w systemach opartych na wodzie, co znacznie zwiększa obszary, w których można efektywnie wykorzystać energię geotermalną.

Kluczową zaletą jest także możliwość redukcji emisji CO2 do atmosfery poprzez zatłoczenie gazu pod powierzchnię ziemi. Jest to ogniwo łączące geotermię z geologiczną sekwestracją dwutlenku węgla.

Proces ten polega na wtłaczaniu CO2 pod powierzchnię ziemi, gdzie dzięki specyficznej budowie geologicznej obszaru zapobiega się ucieczce gazu w kierunku skorupy ziemskiej. Jest to jeden z najłatwiejszych i najbardziej popularnych sposobów rozwiązania nadmiernej emisji CO2 do atmosfery.

Schemat technologii

Technologia Carbon Dioxide (CO2) Plume Geothermal zakłada zatłaczanie CO2 pod ziemię, do głęboko położonych skał zbiornikowych. Bardzo ważnym elementem, warunkującym możliwość zastosowania technologii jest budowa geologiczna obszaru, obecność wysoko porowatych i przepuszczalnych skał, znajdujących się pod miąższym nadkładem skał nieprzepuszczalnych.
Zimny CO2 zostaje zatłoczony do skały zbiornikowej, gdzie pod wpływem strumienia cieplnego Ziemi ulega powolnemu ogrzaniu. Ogrzany gaz kieruje się ku górze zbiornika, gdzie napotyka nieprzepuszczalną barierę skalną, zaś jedynym ujściem jest odwiert produkcyjny, dzięki któremu CO2 trafia na powierzchnię ziemi. Tu oddaje ciepło, które jest następnie zamieniane na energię elektryczną. Schłodzony gaz jest ponownie zatłaczany pod ziemię.

Schemat technologii Terra COH (Plume Geothermal (CPG) Heat Extraction in Multi-layered Geologic Reservoirs)

Źródło: http://terracoh-age.com

Anna Chmurzyńska

Termalni.pl