Καινοτομίες στις γεωτρήσεις, στους αισθητήρες και στην οικονομική μοντελοποίηση φιλοδοξούν να μειώσουν το κόστος και να αξιοποιήσουν θερμότερα γεωθερμικά κοιτάσματα
Η γεωθερμική ενέργεια διαθέτει τεράστιες προοπτικές. Αυτές οι τρεις τεχνολογίες μπορούν να βοηθήσουν τον κλάδο να διανοίξει βαθύτερες, θερμότερες και πιο κερδοφόρες γεωτρήσεις.
Η σειρά «The Fast Lane» παρουσιάζει ορισμένες από τις χιλιάδες τεχνολογίες που αναπτύχθηκαν στο National Laboratory of the Rockies (NLR) και τις οποίες μπορούν να αδειοδοτήσουν οι επιχειρήσεις ήδη από σήμερα.
Αυτή η έκδοση επικεντρώνεται σε τεχνολογίες που μπορούν να βοηθήσουν τις εταιρείες γεωθερμικής ενέργειας να μεγιστοποιήσουν την παραγωγή ενέργειας και την κερδοφορία τους.
Το 1970, μια ομάδα Σοβιετικών μηχανικών ξεκίνησε μια γεώτρηση που επρόκειτο να εξελιχθεί στη βαθύτερη τεχνητή οπή που έχει δημιουργήσει ποτέ ο άνθρωπος.
Η λεγόμενη Γεώτρηση της Χερσονήσου Κόλα (Kola Borehole) χρειάστηκε 20 χρόνια για να ολοκληρωθεί και φτάνει σε βάθος άνω των 12 χιλιομέτρων κάτω από την κοκκινωπή τούνδρα της βορειοδυτικής Ρωσίας.
Γιατί σταμάτησαν εκεί;
Σε αυτό το βάθος, οι θερμοκρασίες ξεπερνούσαν τους 175°C. Τα πετρώματα άρχισαν να συμπεριφέρονται σαν παχύρρευστο μέλι. Τα γεωτρύπανα μπλόκαραν, τα καλώδια υπέστησαν βραχυκυκλώματα και τα διαθέσιμα κεφάλαια εξαντλήθηκαν.
Ο εξοπλισμός – και οι άνθρωποι που τον κατασκεύασαν – είχαν φτάσει στα όριά τους.
Σήμερα, οι εταιρείες γεωθερμικής ενέργειας ανοίγουν επίσης γεωτρήσεις, αν και όχι σε τόσο μεγάλα βάθη (αν και ένα πρόσφατο έργο στη Νορβηγία έφτασε σχεδόν τα 10 χιλιόμετρα κάτω από την επιφάνεια).
Παρότι η θερμότητα που είναι αποθηκευμένη στον φλοιό της Γης αντιπροσωπεύει σήμερα μόλις το 1% της συνολικής παραγωγής ενέργειας στις ΗΠΑ, οι προοπτικές της γεωθερμικής ενέργειας είναι τεράστιες - αρκετές θεωρητικά για να καλύψουν τις ενεργειακές ανάγκες κάθε κατοικίας στις ΗΠΑ.
Ωστόσο, αυτό το δυναμικό αυξάνεται όσο οι γεωτρήσεις γίνονται βαθύτερες και οι θερμοκρασίες υψηλότερες.
Όπως ακριβώς συνέβη και με τη Γεώτρηση της Χερσονήσου Κόλα, οι τεχνικοί και οικονομικοί περιορισμοί εξακολουθούν να εμποδίζουν τις εταιρείες να αξιοποιήσουν τα θερμότερα γεωθερμικά αποθέματα.
Ωστόσο, οι ειδικοί του National Laboratory of the Rockies έχουν αναπτύξει τεχνολογίες που μπορούν να λειτουργούν σε αυτά τα ακραία περιβάλλοντα.
Παράλληλα, δημιούργησαν ένα εργαλείο προσομοίωσης που βοηθά τους επενδυτές να εκτιμήσουν καλύτερα τη μακροπρόθεσμη οικονομική δυναμική ενός γεωθερμικού έργου.
Το σημαντικότερο είναι ότι οι τεχνολογίες αυτές είναι ήδη διαθέσιμες προς αξιοποίηση.
Οι επιχειρήσεις μπορούν να αναζητήσουν χιλιάδες τεχνολογίες διαθέσιμες για αδειοδότηση μέσω της πλατφόρμας Lab Partnering Service του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ.
Επιπλέον, εάν μια εταιρεία έχει αναπτύξει μια νέα τεχνολογία αλλά χρειάζεται υποστήριξη για την εφαρμογή της στη βιομηχανία της, μπορεί να συνεργαστεί με ένα εθνικό εργαστήριο όπως το NLR και να αποκτήσει πρόσβαση στους ερευνητές, τις εγκαταστάσεις και την τεχνογνωσία του.
Ακολουθούν τρεις τεχνολογίες που είναι ήδη διαθέσιμες για αδειοδότηση και οι οποίες μπορούν να βοηθήσουν τόσο τις επιχειρήσεις όσο και τις Ηνωμένες Πολιτείες να αξιοποιήσουν εμπορικά την τεράστια θερμότητα του υπεδάφους.
(Ερευνητές του National Laboratory of the Rockies αναπτύσσουν νέες τεχνολογίες που μπορούν να βοηθήσουν τους φορείς ανάπτυξης έργων γεωθερμικής ενέργειας να πραγματοποιούν βαθύτερες και ταχύτερες γεωτρήσεις, αυξάνοντας τόσο την παραγωγή ενέργειας όσο και την κερδοφορία. Φωτογραφία: Joe DelNero, National Laboratory of the Rockies)
1. Ηλεκτροπαραγωγή μέσα στη γεώτρηση
Ποιοι μπορούν να ωφεληθούν: Εταιρείες που πραγματοποιούν γεωτρήσεις για γεωθερμική ενέργεια, πετρέλαιο ή φυσικό αέριο, καθώς και φορείς εκμετάλλευσης πυρηνικών εγκαταστάσεων, ορυχείων ή ηλεκτρικών δικτύων.
Στόχος: Ταχύτερες και οικονομικότερες βαθιές γεωτρήσεις.
Η σημασία είναι τεράστια. Τα γεωθερμικά αποθέματα που βρίσκονται σε βάθος μικρότερο των 5 χιλιομέτρων θα μπορούσαν να παράγουν περίπου 42 TW ηλεκτρικής ισχύος σε ορίζοντα 20 ετών - περισσότερο από το διπλάσιο της σημερινής παγκόσμιας ζήτησης ενέργειας.
Σύμφωνα με τον Διεθνή Οργανισμό Ενέργειας (IEA), το δυναμικό αυτό θα μπορούσε να αυξηθεί στα 550 TW, εφόσον καταστεί δυνατή η πρόσβαση σε μεγαλύτερα βάθη.
Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να παράγει ένας γεωθερμικός σταθμός με τον ίδιο εξοπλισμό.
Το βασικό πρόβλημα είναι η διάνοιξη βαθύτερων γεωτρήσεων χωρίς υπερβολικό κόστος.
Σε μεγάλα βάθη, οι υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις φθείρουν τα καλώδια, τα σκληρά πετρώματα καταστρέφουν τα κοπτικά εργαλεία και οι περιορισμένοι χώροι επιτρέπουν μόνο μικρού μεγέθους συσκευές.
Το NLR ανέπτυξε έναν εναλλάκτη υψηλών θερμοκρασιών, ο οποίος μετατρέπει τη μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική ακόμη και σε θερμοκρασίες που προσεγγίζουν τους 260°C.
Σήμερα, πολλές εταιρείες τροφοδοτούν τα γεωτρύπανα από γεννήτριες που βρίσκονται στην επιφάνεια, μεταφέροντας την ηλεκτρική ενέργεια μέσω καλωδίων. Τα καλώδια όμως φθείρονται γρήγορα στις υψηλές θερμοκρασίες, μπλέκονται και παρουσιάζουν σημαντικές απώλειες ενέργειας όσο μεγαλώνει η απόσταση.
Ο νέος εναλλάκτης επιτρέπει την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μέσα στη γεώτρηση, δίπλα στο γεωτρύπανο, αξιοποιώντας την περιστροφή της χαλύβδινης σωληνοσειράς.
Έτσι μειώνονται οι διακοπές λειτουργίας, οι αντικαταστάσεις εξοπλισμού και το συνολικό κόστος των γεωτρήσεων.
2. Αισθητήρες που επιβιώνουν στα βαθύτερα πηγάδια
Ποιοι μπορούν να ωφεληθούν: Εταιρείες ανάπτυξης γεωθερμικών έργων.
Στόχος: Μείωση του κόστους και του χρόνου ανάπτυξης ώστε να καταστούν εκμεταλλεύσιμα μέχρι σήμερα απρόσιτα γεωθερμικά κοιτάσματα.
Τα ηλεκτρονικά συστήματα δεν αντέχουν εύκολα τις υψηλές θερμοκρασίες. Ωστόσο, οι γεωθερμικές γεωτρήσεις απαιτούν αισθητήρες που μπορούν να λειτουργούν σε θερμοκρασίες αρκετές για να λιώσουν τον μόλυβδο.
Οι αισθητήρες αυτοί λειτουργούν ως «μάτια» των μηχανικών στο υπέδαφος, παρέχοντας πληροφορίες για την πορεία της γεώτρησης, τη σύσταση των πετρωμάτων και τη χημική σύσταση του περιβάλλοντος.
Οι προκλήσεις είναι πολλές: πιέσεις που φτάνουν τις 2.000 ατμόσφαιρες, διαβρωτικά χημικά και ισχυροί κραδασμοί.
Εάν οι αισθητήρες παρουσιάσουν βλάβη, πρέπει να ανασυρθούν στην επιφάνεια - μια διαδικασία που μπορεί να διαρκέσει ημέρες και να κοστίσει εκατομμύρια.
Το NLR ανέπτυξε έναν νέο αισθητήρα βασισμένο σε ημιαγωγούς από νιτρίδιο του γαλλίου, καρβίδιο του πυριτίου και άλλα ανθεκτικά υλικά, αντί για συμβατικό πυρίτιο.
Οι αισθητήρες αυτοί μπορούν να λειτουργούν αξιόπιστα ακόμη και σε θερμοκρασίες όπου λιώνει ο μόλυβδος, επιτρέποντας την ασφαλή αξιοποίηση πολύ βαθύτερων και θερμότερων γεωθερμικών κοιτασμάτων.
(Όταν οι εταιρείες ξεκινούν τη διάνοιξη μιας νέας γεώτρησης —όπως αυτής της δοκιμαστικής γεώτρησης που πραγματοποιήθηκε πρόσφατα στο National Laboratory of the Rockies— χρειάζονται έναν τρόπο να παρακολουθούν την πρόοδο των εργασιών στο υπέδαφος. Για τον σκοπό αυτό απαιτούνται ηλεκτρονικά συστήματα που μπορούν να λειτουργούν αξιόπιστα ακόμη και σε ακραία υψηλές θερμοκρασίες. Φωτογραφία: Josh Bauer και Taylor Mankle, National Laboratory of the Rockies)
3. Υπολογισμός της οικονομικής βιωσιμότητας πριν από τη γεώτρηση
Ποιοι μπορούν να ωφεληθούν: Εταιρείες ανάπτυξης γεωθερμικών έργων.
Στόχος: Εκτίμηση της συνολικής οικονομικής απόδοσης ενός νέου γεωθερμικού έργου πριν ξεκινήσει η κατασκευή.
Ακόμη και με καλύτερες τεχνολογίες γεώτρησης, οι επενδύσεις παραμένουν ιδιαίτερα υψηλές.
Μία μόνο γεώτρηση μπορεί να κοστίσει περίπου 1 εκατ. δολάρια πριν παραχθεί ούτε μία κιλοβατώρα ηλεκτρικής ενέργειας.
Το λογισμικό GEOPHIRES, που διατίθεται δωρεάν, επιτρέπει στους επενδυτές να εκτιμήσουν το συνολικό κόστος κατασκευής, λειτουργίας και συντήρησης, καθώς και τα πιθανά έσοδα ενός έργου.
Οι χρήστες μπορούν να εισάγουν δεδομένα όπως:
- το βάθος και ο τύπος του γεωθερμικού ταμιευτήρα,
- το χρονοδιάγραμμα κατασκευής,
- τον τύπο του σταθμού παραγωγής,
- τον πληθωρισμό,
- τις τιμές πώλησης ηλεκτρικής ενέργειας,
- το κόστος των ερευνητικών γεωτρήσεων,
- ακόμη και τους τοπικούς φόρους ακινήτων.
Το πρόγραμμα υπολογίζει τα αναμενόμενα κέρδη καθ' όλη τη διάρκεια ζωής του έργου, τον χρόνο απόσβεσης της επένδυσης και άλλους οικονομικούς δείκτες που συμβάλλουν στη μείωση της επενδυτικής αβεβαιότητας.
Περιλαμβάνει επίσης πραγματικές μελέτες περίπτωσης. Μία από αυτές αφορά τον γεωθερμικό σταθμό Cape Station στην Πολιτεία της Γιούτα, ισχύος 500 MW.
Σύμφωνα με το GEOPHIRES, το έργο θα μπορούσε να αποφέρει περισσότερα από 180 εκατ. δολάρια καθαρών κερδών κατά τη διάρκεια της λειτουργίας του.
Η γεωθερμική ενέργεια είναι διαθέσιμη σε συνεχή βάση και πολλά γεωθερμικά πεδία μπορούν να λειτουργούν για δεκαετίες ή ακόμη και αιώνες, προσφέροντας σταθερή παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και μακροχρόνια έσοδα.
Παρότι το υψηλό αρχικό κόστος εξακολουθεί να αποθαρρύνει ορισμένους επενδυτές, εργαλεία όπως το GEOPHIRES συμβάλλουν στη μείωση του κινδύνου, επιτρέποντας στις εταιρείες να αξιολογούν με μεγαλύτερη ακρίβεια τις πραγματικές προοπτικές ενός γεωθερμικού έργου.
(Κοινότητες όπως το Elim, στην Αλάσκα, θα μπορούσαν να καλύπτουν τις ανάγκες τους σε θερμότητα και ενέργεια αξιοποιώντας τους τοπικούς γεωθερμικούς πόρους. Πριν όμως μια κοινότητα ή μια εταιρεία επενδύσει σε ένα γεωθερμικό έργο, μπορεί να χρησιμοποιήσει εργαλεία προσομοίωσης, όπως το GEOPHIRES, για να αξιολογήσει το ενεργειακό και οικονομικό δυναμικό του. Φωτογραφίες: Joe DelNero, National Laboratory of the Rockies)
www.worldenergynewws.gr
