Электричество от горячих скал

Четырьмя километрами ниже оранжевой земли Бассейна Купера в Австралии находится одна из самых горячих невулканических пород в мире. Геотермальная промышленность никогда серьезно не думала насчёт её использования для производства электричества. Однако в следующем месяце Geodynamics, восьмилетняя компания из Милтона, Квинсленд, собирается включить здесь 1 мегаваттную опытную электростанцию и доказать, что производство электричества возможно. Компания сделала для использования этой нетрадиционной формы геотермальной энергии больше чем кто-либо еще в мире.

Пар мечты: новый вид геотермальной системы в пустыне Австралии обещает многое для нового поколения чистой энергии

Компания Geodynamics выбрала место в центре Австралии - с редкими деревьями, пересохшим руслом реки и городком с 14 жителями. Даже в лучших обстоятельствах строительство геотермальной электростанции - рискованое занятие: бурение стоит денег, а предугадывание, что происходит в глубинах Земли, всё ещё является областью практически черной магии. В этой месности геотермические компании должны преодолеть еще одно препятствие. Все крупные геотермические электростанции мира эксплуатируют существующие подземные полости с водой и паром. Австралийские специалисты же должны создать свои собственные бассейны с водой.

Эта экспериментальная технология известна как спроектированная геотермальная система, или СГС. Если она работает - а финансы и экспертиза компании Geodynamics предполагают что это так – то жар, расположенный глубоко под необжитой местностью, может круглосуточно приносить несколько гигаватт чистой энергии, что составляет до 20 процентов нынешней выработки энергии Австралии. И если эта технология будет работать здесь, то многие другие страны захотят её повторить.

В последние несколько лет понятие геотермальной энергии подверглось драматическому изменению, чтобы включать широкий диапазон геологических условий обычно считавшимися безполезными. Например, согласно сообщению Массачусетского технологического института, СГС в Соединенных Штатах в следующие 50 лет потенциально может дать целых 100 000 МВТ электричества. Сегодня же способность обычных геотермических станций в США составляет приблизительно 3000 МВТ, меньше чем полпроцента полной выработки энергии страной. В геотермически успешной Исландии этот параметр доходит до 450 МВТ — приблизительно одна четверть общей выработки острова. Использование Австралией геотермического жара равна практически нулю.

Если три дюжины геотермических предприятий, зарегистрированых на австралийском континенте, являются признаком, то ситуация скорее всего собирается измениться. Пока всего несколько проектов СГС смогли произвести энергию, и то они находились в Германии и Франции, где порода значительно более мягкая чем гранитное основание Австралии. Это не останавливает компанию Geodynamics, управляющий директор которой, Герри Грув-Уайт (Gerry Grove-White), утверждает, что система, которую он холит и лелеет, является первой с реальными коммерческими преспективами. “Ни один проект не выдержит сравнения с нашим, с нашим массивным [геологическим] ресурсом и намного более высокими температурами”, - рассказывает Уайт, инженер-энергетик и бывший руководитель индийской компании Tata Power.

Сегодня фактически все геотермические системы находятся в вулканических областях, у границ тектонических платформ. Когда две платформы сталкиваются, они изгибаются, создавая дыры до мантии, через которые может просочиться магма, нагревая скалы сверху. Добыча подземного жара требует также теплоносителя. Сегодняшние системы полагаются на дождевую воду, которая собирается в разломах коры и просачивается на несколько километров вниз, скапливаясь в трещинах и пористой породе. Геотермальная компания бурит колодец, строит электростанцию над ним и начинает качать воду. Вода прибывает на поверхность и взрывается в пар, который вращает турбину, которая приводит генератор, производящий электричество. Чем горячее скала и чем больше подземная полость с водой, тем выше производительность системы.

Теперь уберите из этой картины большую часть воды и уменьшите разломы, где вода должна собираться, до полоски шириной в миллиметр. Переместите систему в середину пустыни, в 500 километрах до ближайшей линии электропередач. Вот перед такими условиями и стоит компания Geodynamics в Бассейне Купера.

Гранит Австралии - природная ядерная куча, нагретая распадом изотопов урана, тория и калия. Как результат – одна из самых горячих невулканических пород в мире, с температурой в диапазоне 200 - 300 ˚C, лежащая в нескольких километрах под поверхностью.

Намёк на высокую подземную температуру дала компании Geodynamics австралийская нефтегазовая компания Сантус, которая в течение многих десятилетий проводила изыскательскую работу в Бассейне Купера. Она так и не нашла там ископаемого топлива, однако открыла замечательно горячий гранит, а её оставленные скважины служат окнами в подземелье. “В нашем случае, это помогло выяснить, где бурить легче. Мы работали прямо рядом со скважинамии, которые пробурил Сантус”, - рассказывает Грув-Уайт.

Первое большое вмешательство судьбы в авантюру компании произошло рано, когда компания во время бурения попала по резервуару с горячей водой, которая, как оказалось, была поймана в ловушку вместо того чтобы просочиться вниз в труднодостижимые щели. “Никто никогда не и не думал, что существуют такие условия — окружающая среда далека от вулканов и высокотемпературных вод”, - рассказывает Дум Вьиборн (Doone Wyborn), главный директор Geodynamics.

В такой геологической среде гранит ломается горизонтально, таким образом нехватка нисходящих трещин никого не удивила; однако было найдено значительно больше воды чем ожидалось. Это открытие очень сильно повлияло на осуществимость проекта, так как вода, введенная в землю, останется там и будет нагреваться вместо того, чтобы бесполезно просачиваться глубоко. Еще лучше то, что такие водоудерживающие условия имеются в большой части австралийского континента, геологические условия которого более однородны чем где-нибудь еще в мире.

Гранитная сверлилка: Когда компания Geodynamics не нашла буровой установки в лизинг, она купила её, став первой геотермальной компанией, сделавшей это.

“Теперь оказывается, что фактически ни одна из систем, которые мы рассматриваем, не так уж и суха“, - рассказывает Джон Гарниш (John Garnish), консультант по СГС из Великобритании. Это стало довольно хорошей новостью для компании Geodynamics, которая впоследствии оставила идею отклонить большое количество воды к пустыне. “Откровенно говоря, если бы это была просто горячая сухая порода, то я не был бы здесь”, - рассказывает Грув-Уайт, присоединившийся к компании два года назад.

Стойкость, а также удача, принесла второй бонус компании. Когда всплеск цен на нефть и газ поощрял изыскания новых месторождений, существовала нехватка буровых установок и их было трудно арендовать. Тогда компания воспротивилась лизинговой тенденции и просто купила у продавца в Хьюстоне буровую установку. Так получилось, что это была самая большая и самая мощная буровая установка в Австралии. “Для них было замечательно получить свою собственную буровую установку. Наличие её в их распоряжении является ключевым фактором их успеха на рынке”, - рассказывает Брайан Андерсон (Brian Anderson), доцент химической инженерии из университета Западной Вирджинии.

Буровая установка позволила компании сверлить дешевле, чем их австралийские конкуренты — но даже тогда ежедневневные расходы составили 50 000$ и более, ведь стоимость работы буровой установкой составляют главную статью расходов в любом бизнес-плане бурильщиков. “Бурение под высокими температурами и высоким давлением, в очень твёрдом граните на большой глубине, делает этот проект одним из самых трудных буровых проектов в мире”, - считает Ральф Вайдер (Ralph Weidler), компания которого, Q-con, из Бад Бергцаберна, Германия, помогла компании Geodynamics разработать полость с водой.

Однако бурение скважин было только началом. Водные карманы в Бассейне Купера намного меньше чем большие бассейны, найденные в вулканических областях - таким образом, компания Geodynamics должна была расширить резервуар для себя. Компания вынуждена была увеличить трещины так, чтобы они могли удерживать больше воды. Она также должна была пронзить эти трещины второй скважиной, чтобы теплоноситель мог быть возвращён в землю, позволяя электростанции работать непрерывно. Инженеры использовали массивный насос, чтобы переправить 20 000 тонн воды вниз сквозь скважину и через скальные разломы, открывая их. Местоположения и движение трещин были зафиксированы благодаря многочисленным сотрясениям, зарегистрированным сетью сейсмометров.

Процесс расклинивания раскрыл эти разломы лучше, чем ожидалось. Геоинженеры произвели горизонтальный блин длинных, расширенных трещин 2 км в диаметре. “Если вы сравните его с другими участками СГС, эта область разлома абсолютно удивительна. Она - чудовищна!” – рассказывает Андерсон.

Момент истины настал в середине марта, когда инженеры приехали в крошечный городок Иннаминка, чтобы узнать, насколько хорошо разломы соединились со скважинами. Они включили насос, чтобы пронаблюдать, сколько горячей воды они смогут добыть из скважины. “Мы могли заметить изменения давления в одной из скважин, происходящие в зависимости от того, что происходило с другой скважиной”, - рассказывает Грув Уайт. Как и ожидалось, понижение давления по мере подьёма воды, преобразовало её в пар, и он появлялся, вырываясь из скважины в виде большого белого облака взрыва. Температура у земли составила обнадёживающие 244 ˚C. Темп воды, льющейся из скважины, ключевая часть экономической обоснованности геотермического проекта, стабильно равнялась 27 килограммам в секунду - очень хорошая отправная точка. Пять месяцев спустя, четырехдневные испытания обращения воды снова показали достаточное количество воды.

Geodynamics - единственная компания из многочисленных бурильщиков Австралии, которой удалось искусственно расширить разломы, уже не говоря о полном испытании обращения воды. Для инженеров компании теперь осталась только одна основная проблема. В наступающем году они должны утроить поток до 80 - 100 кг/с, что необходимо для крупномасштабной электростанции. Чтобы сделать это, компания должна освоить искусство создания многократных рядов почти идентичных разломов между парами скважин - техника, хорошо известная в нефтегазовой промышленности, однако неизвестная геотермическим инженерам.

Для решения этой проблемы компания имеет сильную финансовую поддержку –примерно $228 миллионов, полученных в прошлом году. В декабре 2007 года компания подписала соглашение об образовании совместного предприятия с компанией Origin Energy, которая стоит приблизительно $130 миллионов, а в прошлом сентябре, Tata Power, альма матер Грува-Уайта, передала приблизительно $35 миллионов. Ещё $64 миллиона пришли из двух австралийских инвестиционных фондов. “Наконец-то, люди начинают понимать, что здесь есть потенциал. Как только до людей дошло то, что СГС может вырабатывать столько сколько и обычная геотермальная станция, потекли деньги”, - рассказывает Гарниш, консультант по СГС.

Ладислаус Рибах (Ladislaus Rybach), президент Международной Ассоциации Геотермальной Энергии, является ярым сторонником СГС, однако он убеждает сторонних наблюдателей не ожидать многого, указывая на то, что потребовалось три десятилетия исследований, чтобы произвести несерьезные 1.5 МВТ энергии в мягкой породе Германии и Франции. Однако, он также отмечает, что компания Geodynamics находится в уникальном положении. “Главное препятствие состоит в том, что независимо от того, что Вы хотите сделать в области СГС, это будет стоить очень много денег. Пока только австралийцам удалось создать настолько преспективную систему”, - рассказывает Рубах.

Несмотря на мрачный глобальный экономический климат, благоприятному будущему геотермических компаний помогают и другие факторы. В Австралии ожидают, что через два года будет введена новая торговая схема, связанная с выбросами углерода, при которой предприятия заставят платить за излишки выбрасываемого углекислого газа. Геотермальная электростанция могла бы тогда продать свои квоты на выброс углекислого газа другим компаниям, которые жгут ископаемое топливо, делая геотермические электростанции конкурентоспособными. Кроме того. в сентябре Google.org, филантропический отпрыск поискового гиганта, показал своё собственное одобрение стратегии Geodynamics, передав $11 миллионов двум американским компаниям, чтобы те начали использовать эту технологию в Соединенных Штатах. (Google также создаёт более детальную спутниковую карту Бассейна Купера, что также выгодно Geodynamics.)

Компания Geodynamics будет нуждаться в деньгах и добровольцах. В марте она начнет процесс расширения параллельных уровней разломов между другой парой скважин, а затем начнет планировать постройку геотермальной электростанции на 50 МВТ находящейся также в Бассейне Купера. Как единственный известный источник чистой энергии непрерывной мощности, геотермальная энергия может иметь огромное значение.

Мнение эксперта: “Нахождение решений технических трудностей, постоянно возникающих при извлечении геотермальной энергии из гранитных слоев вряд ли рентабельно без серьёзных субсидий”. - Ник Треденик, IEEE;

Краткое резюме:

Область: Электричество

Цель: Построить первую геотермальную электростанцию (50 мегаватт).

Почему это важно: компания добилась нескольких ключевых прорывов в полностью новых геологических условиях; этот успех может реконструировать область возобновляемого источников энергии в Австралии.

Кто: Geodynamics

Где: Австралийский Бассейн Купера

Штат: Около 45 человек

Бюджет: Около $200 миллионов за 50 МВт электростанцию

Когда: Опытная электростанция начнёт работу весной; комерческий вариант будет запущен в 2011 году

По материалам IEEE Spectrum's Winners & Losers 2009 Special Report.

-----------

Испытываете финансовые трудности? Срочно нужны деньги? Предлагаем вам взять кредит наличными, без поручителей и без справок о доходах. Быстрое оформление денег.