«Шагающий» бур и плазменная дрель обещают дешевую геотермальную энергию

Anchorbit и Plasmabit обещают гораздо более быстрое и дешевое бурение горячей породы на глубине 10 км под землей.

Интенсивное тепло под поверхностью Земли представляет собой практически неиссякаемый источник надежной чистой энергии, которая будет доступна 24/7 из любой точки Земли — можно использовать ее в виде пара для запуска турбин генератора или направить непосредственно в системы централизованного теплоснабжения.

Но это в случае если бы мы могли добраться до нее. Наиболее легкодоступная геотермальная энергия Земли находится там, где она находится ближе всего к поверхности — как правило, в геологически нестабильных районах вблизи вулканов и высокой сейсмической активности, что составляет всего около 3% поверхности Земли. В противном случае нельзя добраться до этого жара, не пробурив милю за милей сверхтвердой породы.

Температура и давление, возникающие при сверхглубоком бурении, быстро разрушают даже самые высококачественные буровые долота. Замена долота означает необходимость вытащить буровую головку из-под земли, заменить, а затем снова опустить ее в скважину, прежде чем снова начать работу. Этот процесс отнимает много времени, а время — деньги, когда вы нанимаете такие буровые установки.

В результате геотермальная энергия действительно вносит значительный вклад в энергосистему только в таких местах, как Исландия, Сальвадор, Новая Зеландия и других регионах, где она доступна на более мелких глубинах. В глобальном масштабе геотермальная энергия вносит менее 100 ГВт-ч ежегодно в общемировое энергоснабжение, составляющее 166,7 миллионов ГВт-ч.

Словацкая компания GA Drilling ранее была известна как Geothermal Anywhere – и это идеальное воплощение цели компании: сделать геотермальное тепло намного дешевле, быстрее и доступнее везде, где оно необходимо.

Компания GA разработала две ключевые технологии, которые работают с существующей буровой инфраструктурой и оборудованием. Первая — это система ходячих якорей, которую она называет Anchorbit.

В системе Anchorbit позади бурового долота размещаются две секции муфты, каждая из которых оснащена выдвижными поршнями, способными выдвигаться и захватывать ствол скважины. Когда верхняя муфта захватывает отверстие, нижняя выдвигается вниз ближе к буровому долоту, а затем выталкивает захватные поршни, позволяя верхней муфте отпустить и скользнуть вниз, чтобы встретить ее. Процесс показан в этом видео:

Эти анкерные муфты стабилизируют буровое долото, предотвращая вибрации, возникающие при работе с вращающимся буровым оборудованием на конце многокилометрового кабеля. Они также позволяют навешивать на долото дополнительный вес. GA ожидает, что система Anchorbit не только удвоит скорость проходки через твердую породу, но и удвоит срок службы существующих буровых долот, что позволит операторам бурить быстрее и дольше, с меньшим количеством дорогостоящих замен долот.

Anchorbit ускорит первые 6 с лишним километров (3,7 мили) бурения, но целевая глубина GA для геотермального тепла больше похожа на 10 км (6,2 мили) под землей. Для достижения этого уровня будет представлена вторая ключевая технология компании Plasmabit.

Система Plasmabit может быть подключена к стандартной буровой установке. Но на этот раз это система импульсного плазменного бурения, в которой используется вращающаяся электродуговая горелка для взрыва породы ионизированным газом при температуре 6000 °C (10 800 °F), чтобы расколоть и ослабить ее, а также для механической обработки водой под высоким давлением, чтобы механически удалить осколки породы и отправить их обратно по трубе на поверхность. По сути, это дальнобойная версия туннеля с плазменным факелом, который делают ближе к поверхности такие компании, как Petra и Earthgrid.

Поскольку это бесконтактное сверло, не должно возникать необходимости вытаскивать и заменять его. GA говорит, что оно будет относительно легко продвигаться по твердому граниту до 10-километровой отметки, проходя значительно глубже и дешевле, чем обычная буровая установка, и прижигая скважину по ходу движения. На такой глубине можно ожидать температуры выше 350 ° C (662 ° F) в большинстве областей, что делает скважину пригодной для использования в качестве геотермальной электростанции.

Если нужно пойти намного глубже, потребуются гораздо более экзотические технологии. Дочерняя компания Массачусетского технологического института Quaise пытается пробурить вдвое большую глубину, используя гиротроны, которые изначально были разработаны для перегрева плазмы в термоядерных экспериментах. Достигнув глубины 20 км (12,4 мили), температура поднимается более 500 °C (932 °F), что значительно превышает точку, при которой вода становится сверхкритической жидкостью, а электростанции, использующие сверхкритически нагретую воду, должны быть в состоянии извлекать до 10 раз больше энергии из заданного объема.

Quaise планирует сделать это прямо под старыми угольными и газовыми электростанциями, когда они будут выведены из эксплуатации, заменив ископаемое тепло на чистое геотермальное, но используя преимущества существующих турбин, сетевых подключений и другой инфраструктуры, которая в противном случае оказалась бы заброшенной, когда заводы закрываются.

Но все это зависит от некоторых довольно экзотических и передовых технологий. Команда Quaise в настоящее время «занимается строительством пары полевых демонстрационных установок в Хьюстоне», — сообщает нам по электронной почте генеральный директор и соучредитель Карлос Араке. «На данный момент не о чем сообщать, но, если все пойдет по плану, мы начнем бурить первые скважины под открытым небом в течение года».

Между тем, GA только что провела первую «публичную демонстрацию» системы Anchorbit в технологическом центре Nabors в Хьюстоне. Не ясно, насколько общедоступной может быть демонстрация системы сверхглубокого сверления, и действительно, GA на данный момент не комментирует, насколько глубоко она прошла в этой демонстрации, или сделала ли она то, что заявляет с точки зрения скорости проходки и срока службы долота.

«В течение нескольких лет наша команда неустанно работала над обеспечением чистой геотермальной энергией в любой точке мира», — говорит генеральный директор и основатель GA Drilling Игорь Коцис в пресс-релизе. «Мы очень рады, что сегодня на реальной скважине мы продемонстрировали значительное достижение: успешное использование нашего первого инструмента Anchorbit, применимого к современным геотермальным проектам. Мы начинаем новую эру для нашей компании и всего геотермального сектора, чтобы стать решающим игроком в энергетическом балансе. Благодаря этому прорыву мы сделали еще один большой шаг к выполнению нашего обещания «Геотермальная энергия везде».

Это несколько изящных технологий, но мы с нетерпением ждем возможности увидеть, как они работают в реальном мире. Если достижения GA в области бурения действительно смогут поставить конкурентоспособные по стоимости геотермальные электростанции более или менее в любом месте, эта технология может внести огромный вклад в глобальное производство энергии и в гонку за нулевыми выбросами углерода к 2050 году. И если Quaise достигнет своих целей, результаты могут быть еще более значительными.