Hvad er forbedrede geotermiske systemer (EGS) – definition og anvendelse
Lær hvad forbedrede geotermiske systemer (EGS) er, hvordan de virker og deres anvendelser — udnyt geotermisk energi bæredygtigt uden naturligt underjordisk vand.
Et forbedret geotermisk system (EGS) er et geotermisk energisystem, der kan producere elektrisk energi, når der ikke er naturligt underjordisk vand til stede. I lang tid kunne man kun producere geotermisk energi, når der var varme sten, underjordisk vand og sprækker i stenene samlet i et område. Nu er der ved at blive skabt nye måder at få denne energikilde på. Områder, der muligvis kan bruges til energi, skal ændres af mennesker for at gøre energien brugbar. Disse områder kan have brug for enten underjordisk vand og/eller sprækker eller brudnetværk i klipper. Forbedrede geotermiske systemer gør det muligt at anvende geotermisk energi uden for normale geotermiske områder som aktive pladegrænser til mindre aktive områder som det vestlige USA.
Hvordan fungerer EGS?
Grundidéen i EGS er at skabe eller forbedre et permeabelt reservoir i varmt, men relativt tæt (lav-permeabelt) bjerggrund, så en væske kan cirkulere og transportere varme til overfladen. Processen omfatter typisk:
- Boreshall: Man borer et eller flere dybe borehuller (ofte flere kilometer ned) til varme formationer.
- Reservoirforbedring: Ved hydraulisk stimulation (frakturering), kemisk behandling eller termisk påvirkning øger man sprækkeåbninger og gennemtrængelighed, så væske kan strømme mellem brønde.
- Cirkulation: Koldt vand injiceres i injektionsbrønden, strømmer gennem de varme sprækker i bjerggrunden, optager varme og pumpes op i produktionsbrønden.
- Energikonvertering: Den varme væske bruges til at producere damp eller varme en arbejdsfluid i en binary/ORC-installation, som genererer elektricitet. Ved lavere temperaturer anvendes ofte direkte varme til opvarmning eller industrielle processer.
Typer af EGS og alternative tilgange
- Konventionel EGS: Stimulering af naturligt varm, men lavpermeabel bjerggrund ved hjælp af hydraulisk frakturering.
- Lukket kredsløb / downhole heat exchangers: Systemer hvor væsken cirkulerer i lukkede slanger eller varmevekslere i borehullet uden at skabe forbindelse til omgivende bjergarter — mindsker risikoen for frigivelse af væsker og inducerede jordskælv.
- CO2 som arbejdsvæske: Eksperimentelle koncepter overvejer brug af superkritisk CO2 i stedet for vand, hvilket kan forbedre varmeoverførsel og samtidig fungere som en CO2-lagringsløsning.
Anvendelser
- Produktion af elektricitet (især fra højtemperaturreserver, typisk >150 °C for økonomisk elproduktion).
- Direkte anvendelser som fjernvarme, procesvarme i industrien, drivhusopvarmning og industrielle tørreprocesser (også muligt ved lavere temperaturer).
- Potentielt kombineret varme- og kraftproduktion (kogeneration) for øget effektivitet.
Fordele ved EGS
- Stort potentiale: EGS kan udnytte varme i store områder, også langt fra naturlige hydrotermiske felter, hvilket kan gøre geotermisk energi tilgængelig i mange lande.
- Baseload-energi: Geotermisk strøm kan levere stabil, døgnet-rundt effekt i modsætning til vind og sol.
- Lavere CO2-udledning: Når korrekt forvaltet, er EGS en lavemissionsenergikilde sammenlignet med fossile brændsler.
- Mindre landareal: Anlæg har ofte et mindre overfladeaftryk pr. produceret energi sammenlignet med nogle andre energiformer.
Udfordringer og risici
- Induceret seismiskitet: Stimulation af undergrunden kan fremkalde jordskælv. Dette er en af de mest omtalte risici (fx Basel-projektet i Schweiz, hvor stimulation blev standset efter stærkere indtrufne rystelser).
- Langsigtet vedligehold: Permeabiliteten kan falde over tid (tilkalke, re-lukning af sprækker), hvilket kræver efterfølgende stimulationer.
- Vandhåndtering: Behov for store mængder vand til injektion og risiko for forurening af grundvand, hvis ikke systemer er lukkede og godt kontrollerede.
- Korrosion og udfældning: Høj temperatur og mineralske opløsninger kan føre til korrosion af udstyr og udfældning i rør og reservoir.
- Økonomi: Høje forudgående omkostninger til boring og demonstration; usikker produktionskapacitet gør finansiering udfordrende.
Sikkerhed, regulering og overvågning
For at mindske risici anvendes nyt teknologisk og operationelt værktøj såsom realtidsovervågning af seismisk aktivitet, trykstyring, gradvis stimulation og såkaldte "trafiklyssystemer" (stop/juster/fortsæt afhængigt af seismisk respons). Stramme miljøkrav, gennemsigtighed over for lokalsamfund og omfattende risikovurderinger er vigtige for accept og tilladelse af projekter.
Eksempler og demonstrationer
Der findes flere pilot- og demonstrationsprojekter rundt om i verden, som har bidraget med læring om teknologiens muligheder og begrænsninger. Kendte eksempler inkluderer forsøg i Europa (fx Soultz-sous-Forêts i Frankrig), projekter i Australien (Cooper Basin), og forskellige demonstrationssites i USA (fx Newberry i Oregon). Nogle projekter har været succesfulde i at producere elektricitet eller varme, mens andre har vist vigtigheden af at håndtere seismiskitet og reservoirstabilitet.
Fremtiden og potentialet
EGS har potentiale til at udvide anvendelsen af geotermisk energi betydeligt og bidrage til lavemissionsenergisystemer. Teknologiske forbedringer inden for boringsteknik, bedre forståelse af reservoirmekanik, alternative arbejdsvæsker og lukkede designs kan reducere risici og omkostninger. Politisk støtte, langsigtet finansiering af demonstrationsprojekter og klare regler for miljøovervågning er afgørende for at modne teknologien fra pilotstadiet til kommerciel udrulning.
Opsummering: Forbedrede geotermiske systemer gør det muligt at udnytte jordens varme også i områder uden naturligt permeable, vandfyldte reservoirer. De kan levere pålidelig, lavemissions energi, men kræver avanceret teknik, omhyggelig risikostyring og betydelige forinvesteringer for at blive økonomisk rentable og sikre i stor skala.
Forbedret geotermisk system
Proces og udvikling
- Jorden skal opmåles
- hvad er [temperaturen] i underjordiske klipper?
- er der et godt brudnetværk?
- er der vand, der er naturligt der?
- hvad der er nødvendigt for at lave et fungerende EGS
- Foretag de nødvendige ændringer i systemet
For at nå frem til de varme klipper skal der omhyggeligt graves huller 1000 meter under jordens overflade. Brøndene må ikke ligge inden for 40 meter fra hinanden, så der ikke sker nogen varmestyring mellem brøndene. Derefter hældes der vand ned i hullerne med en kontrolleret, videnskabeligt fastsat hastighed, både med henblik på at skabe et brudnetværk og til brug i energiproduktionen. Revner eller brud opstår ved fracking eller ved den tvungne genåbning af revner på grund af vandtrykket, der forårsager små seismiske hændelser, som sjældent kan mærkes på overfladen. Når der er skabt et tilstrækkeligt godt sprækkesystem, kan det opvarmede vand derefter pumpes ud af en produktionsbrønd og ind i kraftværket til brug i den valgte energiudvindingsproces og cirkuleres igen. For at øge sandsynligheden for, at vandet vil strømme i retning af produktionsbrønden, kan der bores mikrohuller for at øge sandsynligheden for, at bruddene forbindes i den rigtige retning med henblik på energiproduktion. Disse huller er mindre end 4 tommer brede og rækker ud fra brønde, der tilfører vand og udtager vand.
- Drift og vedligeholdelse af kraftværk
Grøn energi
Genbrug af gamle brønde
Geotermiske systemer kan også forbedres ved at genanvende gamle olie- og gasbrønde til geotermisk brug. Det er billigere at ændre disse brønde til varmeudvinding end at bore nye huller. Disse brønde giver ikke mulighed for fysisk kontakt mellem vandet og varmekilden. Disse brønde består af to cylindre: en større og en mindre cylinder. Den mindre passer ind i den større og er det sted, hvor det opvarmede vand pumpes ud fra. Vandet indsættes mellem foringen af det indre rør og det ydre. På grund af den manglende direkte kontakt med de varme klipper samt et vist varmetab på grund af manglende godt isoleringsmateriale er energiproduktionen ikke så høj som i almindelige geotermiske systemer.
Udledning af drivhusgasser
Nogle siger, at denne form for energi er en af de "grønneste" alternative energiformer, der findes. Undersøgelser viser, at to af de tre måder at producere geotermisk energi på, nemlig flashdamp og tørdamp, udleder mindre end 7 % af de drivhusgasser, som fossile brændstoffer udleder. Den tredje metode, der er kendt som et lukket binært kredsløbssystem, udleder næsten ingen drivhusgasser). Den mest emissionsbelastende del af EGS er, når boremaskinerne drives af dieselolie. Forskning i livscyklusanalyse af EGS har vist, at en god løsning på dette problem ville være at tilslutte boret til elnettet, hvilket ville mindske den allerede minimale indvirkning, som GEP-kraftværker har på menneskers sundhed, klimaændringer og økosystemets kvalitet. Tilhængere hævder også, at geotermiske energisystemer ikke er afhængige af skiftende vejrforhold, og at det derfor er en mere pålidelig energi med et konstant energiproduktion.
Inddragelse af USA
USA har den største potentielle geotermiske energireserve i verden, men kun 4 % af USA's samlede energiforbrug (15 mia. kWh) stammer fra GEP. Californien har det højeste antal geotermiske varmepumper ud af de i alt ni stater, der anvender geotermisk energi. Hawaii får 20 % af sin energi fra geotermiske kraftværker. Der er ikke meget viden om geotermisk energi. Det gør det meget svært at få penge til forskning og udvikling. Udviklere er også kendt for at have problemer med at få tilladelser til at bore på offentlig jord og med at få finansiering fra både den føderale regering og eksterne interesser. Der er dog to projekter, der er blevet godkendt af Senatet for at hjælpe med at få EGS ud af pilotfasen.
I 1990 blev der indført lovgivning for at skabe incitamenter til at udvikle industrien. Det blev forsøgt med Energy Act of 2005 og Energy Independence and Security Act of 2007 med udstedte skattefradrag og oprettelsen af forsknings- og udviklingsprogrammer med støtte fra Senatet.
Spørgsmål og svar
Q: Hvad er et forbedret geotermisk system (EGS)?
A: Et forbedret geotermisk system (EGS) er et geotermisk energisystem, der kan producere elektrisk energi, selv når der ikke er naturligt vand i undergrunden.
Q: Hvad skal der til, for at traditionelle geotermiske energisystemer kan producere energi?
A: Traditionelle geotermiske energisystemer kræver varme klipper, underjordisk vand og revner i klipperne, alt sammen i ét område for at producere energi.
Q: Hvad er fordelene ved forbedrede geotermiske systemer?
A: Forbedrede geotermiske systemer gør det muligt at producere geotermisk energi selv i områder, hvor der ikke er naturlige kilder til underjordisk vand og sprækker i klipper. Det udvider de områder, hvor der kan produceres geotermisk energi.
Q: Kan forbedrede geotermiske systemer bruges i områder uden naturlige kilder til underjordisk vand?
A: Ja, forbedrede geotermiske systemer kan bruges i områder uden naturlige kilder til underjordisk vand.
Q: Hvad skal der ændres af mennesker for at gøre områder anvendelige til forbedrede geotermiske systemer?
A: Områder, der kan bruges til forbedrede geotermiske systemer, skal muligvis ændres af mennesker for at inkludere underjordisk vand eller et netværk af sprækker i deres klipper eller begge dele.
Q: Hvor kan forbedrede geotermiske systemer bruges uden for normale geotermiske områder?
A: Forbedrede geotermiske systemer kan bruges i mindre aktive områder som det vestlige USA uden for normale geotermiske områder som aktive pladegrænser.
Q: Hvad kan produceres ved hjælp af forbedrede geotermiske systemer?
A: Forbedrede geotermiske systemer kan producere elektrisk energi.
Søge