ENGИсландия во всем мире известна как край гейзеров, где в силу тектонических условий геотермальные воды выходят на поверхность. Гейзерная вода уже давно используется для отопления квартир. Но сейчас также разрабатывается проект использования магматической энергии для выработки электричества, что может стать настоящей революцией в сфере зеленой энергетики.
Начало
Не получилось во Франции, но получилось в Исландии
Уникальная скважина
Не только Исландия
Будущее
Начало
Еще в апреле 2017 года компания DEEPEGS попала в заголовки газет по поводу своего бурения глубиной 4659 метров на геотермальном месторождении в Исландии. Первое в своем роде предприятие по сей день является мировым рекордом.
«Очень высокая проницаемость участка в Рейкьянесе ниже 3-километровой глубины стала приятным сюрпризом, — говорит Гудмундур Омар Фридлейфссон, координатор DEEPEGS. — Ни буровой шлам, ни буровые охлаждающие жидкости не достигли поверхности ниже глубины 3,2 км. Бурение на глубину 4650 метров в высокотемпературных геотермальных системах никогда раньше не достигалось в условиях пластовой температуры 600 °C».
Первоначально проектная группа планировала провести эксперименты по повышению глубины бурения на юге Франции, где температура выше 200 °C ожидалась ниже 4-километровой глубины. Однако там все шло не совсем по плану.
«Со временем мы поняли, что ни одно из этих трех полей не будет зеленым», — объясняет Сигурд г. Богасон, главный проектный директор DEEPEGS.
Чтобы продолжить работу, консорциум должен был заменить три первоначально намеченных месторождения геотермальным участком Венденхайма, Эльзас, где в настоящее время тестируется многодренажное устройство для повышения проницаемости. В случае успеха это может оказать непосредственное влияние на дальнейшее использование чистой энергии в Европе. Одной из главных проблем, с которыми столкнулся консорциум во Франции, было скептическое отношение французских сообществ и властей к геотермальной энергии, несмотря на то что технология является экологически чистой. Французская энергетическая компания Fonroche Géothermie приложила огромные усилия, чтобы получить разрешение на бурение в Венденхайме.
Не получилось во Франции, но получилось в Исландии
Исландия, как известно, страна гейзеров. В девяностых, увидев рост энергетики, на остров стали стекаться алюминиевые компании. Выплавка алюминия для всего, от автомобилей до консервных банок, требует постоянного потока энергии, причем даже малейшее нарушение приводит к дорогостоящим потерям. По мере того как производство алюминия росло, росла и геотермальная энергия страны, чтобы удовлетворить индустрию. В период с 1990 по 2014 год производство геотермальной электроэнергии в Исландии выросло на 1700%, в то время как население выросло — на 25%.
Теперь группа исландских инвесторов, предпринимателей и ученых говорит, что страна, возможно, находится на грани очередного энергетического бума. До сих пор ученые рассматривали геотермальную энергию всего лишь как малую часть энергетики; даже сторонники новой технологии не ожидают, что геотермальная энергия станет ведущим мировым источником электроэнергии. Она имеет высокие затраты на запуск, потому что идентифицировать и исследовать потенциальные объекты очень дорого, а строительство геотермальных станций требует технических знаний.
Проект GeoWell разработал и испытал новые экологически безопасные технологии эксплуатации высокотемпературных геотермальных скважин. Партнеры проекта сосредоточились как на традиционных добывающих скважинах, так и на более глубоких скважинах, где давление достигает 150 бар, а температура превышает 400 °C. Партнерами проекта Geowell Европейского Союза являются исландская GeoSurvey и другие известные исследовательские институты, включая IRIS в Норвегии, GFZ в Германии, TNO в Нидерландах и BRGM во Франции.
Образцы цемента подвергались воздействию температур до 450 °C, которые наблюдаются в скважине исландского проекта глубокого бурения. После лабораторного анализа результаты показали, что портландцементные смеси, включающие кремнезем, пригодны для использования в геотермальных системах.
Команда также разработала пластичный промежуточный слой между цементом и обсадной колонной для поглощения деформаций, возникающих при изменении температуры, и оценила наноматериалы в ходе небольших испытаний на предмет их способности снижать трение. Большие перепады температур в геотермальных скважинах регулярно приводят к выходу из строя обсадных колонн. Поэтому исследователи разработали гибкую муфту, позволяющую осевое перемещение сегментов корпуса, и протестировали несколько полномасштабных прототипов. Испытания на растяжение также проводились на материале корпуса с использованием специальной высокотемпературной установки, в то время как коррозионные испытания шли в автоклаве. В настоящее время в рамках финансируемого ЕС проекта DEEPEGS проводятся испытания гибкой муфты на месте, чтобы сделать технологию доступной для геотермальной промышленности.
Технологии проектирования и мониторинга, разработанные компанией GeoWell, обеспечат значительные экономические выгоды за счет снижения риска разрушения обсадных колонн и совершенствования методов мониторинга и оценки рисков. Технологии GeoWell могут применяться в широком диапазоне температур в глубоких геотермальных скважинах по всей Европе.
Уникальная скважина
На исландском полуострове Рейкьянес в нескольких минутах езды от столицы страны команда ученых и инженеров занимается тем, что они считают источником энергии будущего. Чтобы открыть его, они пробурили скважину вниз к центру Земли, через слои почвы и породы, остановившись как раз перед сгустком расплавленной магмы на глубине более 15 тысяч футов под поверхностью: таким горячим слоем, что он расплавил бы свинцовую трубу. Ученые стремятся использовать тепло как экологически чистый возобновляемый источник энергии. Исследователи являются партнерами исландского «Проекта глубокого бурения», известного как IDDP. Они создали скважину с гигантским буром, вершина которого уходит высоко в небо, а затем погружается в толщу вулканических пород, которые до того оставались нетронутыми.
Ученые уже доказали, что можно улавливать геотермальную энергию и использовать ее для производства электричества. В течение десятилетий они делали это в Исландии, где смещение тектонических плит и вулканическая активность выталкивают тепло из ядра Земли к поверхности в виде гейзеров. Команда IDDP ставит цель использовать еще более высокие температуры. Если эксперименты окажутся успешными, ученые могут кардинально изменить перспективы геотермальной энергетики, доказав, что та может играть большую роль по мере того, как мир переходит от углеводородов к чистой энергии. Всемирный энергетический совет подсчитал, что геотермальная энергия потенциально может обеспечить более 8% мирового электроснабжения, что, безусловно, положительно повлияет на борьбу с глобальным изменением климата.
Проект стоимостью более $15 миллионов является партнерством между несколькими энергетическими компаниями, а также Национальным научным фондом США и Alcoa, крупнейшим производителем алюминия в США. Это может показаться странным для маленькой островной страны, которая уже производит больше электроэнергии, чем ей нужно, благодаря обильным геотермальным и гидроэнергетическим источникам, но целый ряд глобальных инвесторов видит потенциал для того, чтобы Исландия экспортировала свою энергию, а также для успешного эксперимента.
«Если бы мы делали только то, что нам нужно, мы бы никогда не продвинулись вперед, — говорит бывшая министр промышленности и торговли Исландии Рагнхейдур Элин Арнадоттир. — Я думаю, важность технологического прогресса в этой отрасли так же важна, как всегда. У нас здесь много возможностей и энергетических ресурсов».
Если электростанция откроется через несколько лет, как надеялись инженеры, и будет работать так, как они планировали, развитие может привести к массовому буму в экономике Исландии, создав огромное богатство для страны.
«Мы первые люди в мире, которые сделали это, — говорит Уилфред Элдерс, почетный профессор геологии Калифорнийского университета в Риверсайде, который работает над IDDP. — Если проект будет успешным, он потенциально может увеличить доступную геотермальную энергию в 10 раз».
Не только Исландия
Исландия — не исключение. В некоторых регионах, включая южную часть Тихого океана, Латинскую Америку и даже запад США, десятикратное увеличение количества геотермальной энергии превратит ее из второстепенного источника энергоснабжения в один из основных. Даже если IDDP не удастся, геотермальная энергия все равно может быстро расти, используя существующие технологии.
Калифорнийский геотермальный комплекс «Гейзерс», самое высокоэффективное геотермальное месторождение в мире, имеет текущую мощность 725 мегаватт, достаточную для питания почти миллиона домов. Применение технологии IDDP к этому заводу могло бы позволить ему увеличить выпуск продукции, потенциально обслуживая еще большую часть района залива Сан-Франциско.
Пересмотренная директива ЕС по энергетике устанавливает новый обязательный целевой показатель по возобновляемым источникам энергии в размере не менее 32% к 2030 году с оговоркой о возможном пересмотре в сторону повышения к 2023 году. Это поможет устранить неопределенность в поставках энергоносителей и уменьшить опасения по поводу глобального потепления. Одной из составляющих стратегии является рост геотермального сектора энергетики.
Согласно докладу Всемирного энергетического совета за 2013 год, почти 40 стран, расположенных на богатых геотермальными источниками территориях, в основном в Африке, Латинской Америке и Тихом океане, могли бы производить всю необходимую им электроэнергию, используя этот источник.
Будущее
Исландия уже много лет оттачивает репутацию новатора зеленой энергетики. Как большинство островных стран, стремящихся к быстрому развитию, Исландия в свое время полагалась на уголь для выработки электроэнергии после Второй мировой войны. Как и другие подобные страны, в результате Исландия страдала от загрязненного воздуха.
«Столица Рейкьявик примерно в то время, когда я родился, каждый день находилась под черным облаком дыма от угольных пожаров», — сказал 74-летний Олафур Рагнар Гримссон, бывший президент Исландии.
Гримссон говорит, что трансформация энергетики происходит в стране, которая имела чуть ли не самые большие шансы на экологическую катастрофу из европейских государств. Между тем обильные реки и озера страны предлагали простой способ получения энергии без необходимости платить за импортный уголь. В 1950-х годах использование Исландией проточной воды для производства электроэнергии получило толчок к развитию вместе с взлетом промышленности. Одновременно геологи Исландии быстро поняли, что страна идеально подходит для развития зеленой энергетики: две тектонические плиты проходят через центр острова, делая его горячей точкой для вулканов и магмы, которая питает геотермальные электростанции.
В исландской скважине температура на максимальной глубине достигает 427 °C. Это делает воду настолько горячей, что та принимает так называемую «сверхкритическую» форму при высоком давлении: состояние, технически не являющееся ни твердым, ни жидким, ни газообразным.
«Цель состоит в том, чтобы поймать поле более высоких температур, — говорит Асгейр Маргейрссон, генеральный директор HS Orka, исландской энергетической компании, инвестировавшей в проект. — Это означает, что в будущем мы сможем производить больше энергии на меньших площадях с меньшим воздействием на окружающую среду. И, надеюсь, за меньшие деньги».
Автор: Роман Мамчиц
