Mae System Geothermol Well yn Defnyddio Technoleg Olew A Nwy i Gloddio Ynni Carbon Isel. Rhan 1.

Mae Adran Ynni yr Unol Daleithiau (DOE) wedi ariannu prosiect o'r enw FORGE lle bydd craig gwenithfaen poeth yn cael ei ddrilio a'i ffracio gan ddefnyddio'r dechnoleg olew a nwy orau. Nod cyffredinol yw gweld a oes modd dosbarthu dŵr sy'n cael ei bwmpio i lawr un ffynnon trwy'r gwenithfaen a'i gynhesu cyn ei bwmpio i fyny ail ffynnon i yrru tyrbinau sy'n cynhyrchu trydan.

John McLennan, Adran Peirianneg Gemegol, Prifysgol Utah, yw'r cyd-brif ymchwilydd ar gyfer y prosiect DOE hwn. Noddwyd cyflwyniad gweminar ar y pwnc hwn gan NSI ar Ebrill 6, 2022: Frontier Arsyllfa ar gyfer Ymchwil i Ynni Geothermol (FORGE): Diweddariad ac Edrych Ymlaen

Yn dilyn mae cwestiynau a ofynnwyd i John McLennan, a'i atebion.

+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

C1. Allwch chi ddarparu hanes cryno o ynni geothermol?

O waith cynnar yn Larderello yn yr Eidal, yn gynnar yn y 1900au, mae ynni geothermol (ar gyfer cynhyrchu trydan a defnydd uniongyrchol) wedi ehangu i fod yn un gosodedig. capasiti cynhyrchu trydan o 15.6 GWe (GigaWatts o drydan) yn 2021. Mae'r defnydd yn fyd-eang – mwy na 25 o wledydd ledled y byd. Fodd bynnag, mae dyraniad yn dal i fod yn rhan fach o bortffolio ynni'r byd. O edrych ar y dosbarthiad byd-eang hwn, yn gonfensiynol, mae ynni geothermol wedi'i gyfyngu i fynegiant ger yr wyneb o dymheredd uchel fel a fyddai'n digwydd ger ffiniau platiau, llosgfynyddoedd, ac ati.

Yr Unol Daleithiau sydd â'r gallu cynhyrchu trydan geothermol mwyaf, ac yna Indonesia, Philippines, Twrci, Seland Newydd, Mecsico, yr Eidal, Kenya, Gwlad yr Iâ, Japan. O'r gweithrediadau hyn yn yr Unol Daleithiau, gallai ffynhonnau sy'n cynhyrchu ynni geothermol gyfartaledd o 4 i 6 MWe. Fel rheol, ar 392 ° F (200 ° C) ac yn llifo ar 9 bpm (378 gpm), ar orchymyn 1 MWe gall fod yn cynhyrchu, efallai gwasanaethu 759 i 1000 o gartrefi yn yr Unol Daleithiau.

Mae gweithfeydd pŵer geothermol yn amrywio o ran maint, o ychydig o ffynhonnau (rhai yn cynhyrchu hyd at 50 MWe) i lawer o ffynhonnau. “The Geysers, …, yw’r cyfadeilad mwyaf o weithfeydd pŵer geothermol yn y byd. Mae Calpine, y cynhyrchydd pŵer geothermol mwyaf yn yr Unol Daleithiau, yn berchen ar ac yn gweithredu 13 o orsafoedd pŵer yn The Geysers gyda chapasiti cynhyrchu net o tua 725 megawat o drydan - digon i bweru 725,000 o gartrefi neu ddinas o faint San Francisco.”

C2. Beth yw systemau geothermol gwell, a ble mae ffracio'n cael ei gymhwyso?

Tua hanner can mlynedd yn ôl, cafodd y cysyniad o Systemau Geothermol Gwell (EGS) ei ragweld gan wyddonwyr a pheirianwyr yn Labordai Gwyddonol Los Alamos (LANL bellach). Bryd hynny, roedd y cysyniad yn cael ei adnabod fel craig sych boeth (HDR). Un fethodoleg yw drilio ffynnon chwistrelliad a ffynnon gynhyrchu a chreu'r holltau sy'n eu cydgysylltu. Mae'r toriadau hyn yn gweithredu fel cyfnewidwyr gwres - yn debyg iawn i'r rheiddiadur mewn ceir.

Defnyddir dŵr fel hylif gweithio yn y system gaeedig hon (nid yw dŵr yn cael ei golli). Mae hylif oer yn cael ei chwistrellu i lawr un ffynnon. Mae'n mynd trwy'r holltau ac wrth wneud hynny yn cael gwres o'r graig boeth. Mae'r hylif poeth hwn yn cael ei gynhyrchu i'r wyneb trwy'r ail ffynnon yn y dwbl. Ar yr wyneb, gall yr hylif wedi'i gynhesu gael ei fflachio i stêm neu ei redeg trwy blanhigyn beicio Rankine organig i yrru tyrbin ac wedyn generadur. Mae'r dŵr, gyda gwres wedi'i dynnu allan, yn cael ei ail-gylchredeg.

Er ei fod yn syniad cadarn, mae llwyddiant wedi'i rwystro am yr hanner can mlynedd ers ei genhedlu. Er y bu prosiectau lluosog ledled y byd, gyda llwyddiant gwyddonol, ni chyflawnwyd masnachadwyedd ac nid yw cynhyrchu trydan yn y cynlluniau peilot hyn wedi bod yn fwy na ~1 MWe.

Yn yr UD fodd bynnag, mae'r adnodd yn sylweddol. Yng ngorllewin yr Unol Daleithiau, amcangyfrifir bod 519 GWe ar ddyfnderoedd drilio o lai na 15,000 i 20,000 troedfedd. Mae technoleg drilio fodern, wedi'i haddasu o'r diwydiant petrolewm yn gwneud y drilio hwn yn ymarferol. Cyplysu hynny â datblygiadau sy'n caniatáu drilio ffynhonnau llorweddol a chreu toreth o holltau hydrolig ar hyd y ffynhonnau hyn (dychmygwch fod pob toriad yn darparu arwynebedd sylweddol ar gyfer cyfnewid gwres) a Systemau Geothermol Gwell yn ymarferol.

Mae creu'r system hollti trwy hollti hydrolig yn elfen allweddol. Nid yw hyn yn newydd. Cafodd ei roi ar brawf am y tro cyntaf ar gyfer EGS ar safle Fenton Hill yn y Jemez Caldera yn New Mexico, yn ystod datblygiadau cynnar gan Labordai Cenedlaethol Los Alamos. Mae'n werth nodi a oes un toriad hydrolig mawr a bwmpiwyd ym mis Rhagfyr 1983 i geisio cydgysylltu dwy ffynnon (cyn i ddrilio cyfeiriadol modern gael ei gymhwyso'n rhwydd). Yn y symbyliad hydrolig hwnnw, cafodd 5.7 miliwn galwyn o ddŵr gyda lleihäwr ffrithiant ychwanegol eu pwmpio hyd at 50 bpm (2100 galwyn y funud) ar bwysau twll i lawr hyd at tua 12,000 psi. Gronynnau mân o CaCO₃ eu hychwanegu ar gyfer rheoli colled hylif (i symleiddio'r system torri asgwrn).

Roedd y gwersi a ddysgwyd gan Fenton Hill, safleoedd eraill ledled y byd, a thechnolegau o ddiwydiannau echdynnu eraill (drilio ar oleddf a llorweddol, hollti aml-gam) yn annog Adran Ynni’r Unol Daleithiau (DOE) i gychwyn rhaglen ymchwil newydd o’r enw FORGE (Arsyllfa Frontier). ar gyfer Ymchwil i Ynni Geothermol) i adeiladu labordy maes i brofi technolegau newydd a fyddai'n caniatáu masnacheiddio EGS.

C3. Dywedwch wrthym am safle prosiect FORGE yn Utah a pham y cafodd ei ddewis.

Noddodd y DOE gystadleuaeth ymhlith pum lleoliad EGS amlwg yn yr Unol Daleithiau. Wedi hynny cafodd hwn ei “ddethol i lawr” i safleoedd yn Fallon, Nevada, ac Milford, Utah. Yn 2019, dewiswyd safle Aberdaugleddau yn y pen draw fel lleoliad labordy maes FORGE (gweler y ddelwedd ar frig y post).

Roedd y meini prawf ar gyfer dethol yn cynnwys 1) tymheredd cronfeydd dŵr rhwng 175 a 225 ° C (digon poeth i brofi cysyniadau ond ddim mor boeth fel bod datblygiad technoleg yn cael ei rwystro), 2) ar ddyfnderoedd mwy na 1.5 km (digon dwfn fel bod datblygu technoleg drilio yn ymarferol) , 3) craig athreiddedd isel (gwenithfaen ar safle FORGE), 4) risg isel o achosi seismigrwydd yn ystod gweithrediadau, 5) risgiau amgylcheddol isel, a 6) dim cysylltiad â system geothermol confensiynol.

++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

Bydd Rhan 2 yn parhau â’r pwnc drwy fynd i’r afael â’r cwestiynau a’r atebion canlynol:

C4. Beth yw dyluniad sylfaenol y ffynhonnau chwistrellu a chynhyrchu?

C5. A allech chi grynhoi'r tair triniaeth ffrac yn y pigiad yn dda a'u canlyniadau?

C6. Beth yw'r potensial ar gyfer defnydd masnachol?