Wie funktioniert eine Geothermie-Anlage?
Geothermische Ressourcen
Verstehen geothermische Energie beginnt mit dem Verständnis der Quelle vondiese Energie - die innere Wärme der Erde. Die Temperatur der Erde steigt mit der Tiefe, wobei die Temperatur im Zentrum mehr als 4200 ° C (7600 ° F) beträgt.
Ein Teil dieser Hitze ist ein Relikt der Formation des Planeten vor etwa 4,5 Milliarden Jahren, und ein Teil wird durch den fortschreitenden Zerfall von erzeugt radioaktiv Isotope Die Wärme bewegt sich auf natürliche Weise von heißeren zu kühleren Regionen, sodass die Wärme der Erde von innen nach außen fließt.
Weil die geologischen Prozesse als Platte bekannt sindTektonik ist die Erdkruste in 12 riesige Platten zerbrochen, die sich mit einer Geschwindigkeit von Millimetern pro Jahr auseinanderbewegen oder Dort, wo zwei Platten zusammenstoßen, kann eine Platte unter die andere stoßen und außergewöhnliche Phänomene wie Meeresgräben oder starke Erdbeben erzeugen. In großer Tiefe, knapp über der Platte, werden die Temperaturen hoch genug, um Gestein zu schmelzen und Magma zu bilden.
Da Magma weniger dicht ist als umgebende Felsen, bewegt es sich in Richtung Erdkruste und transportiert Wärme von unten. Manchmal steigt Magma durch dünne oder gebrochene Kruste als Lava an die Oberfläche.
Das meiste Magma bleibt jedoch unter der Erdkrusteund erwärmt die umgebenden Felsen und das unterirdische Wasser. Ein Teil dieses Wassers kommt durch Bruchrisse in der Erde als heiße Quellen oder Geysire bis an die Oberfläche
Diese Reservoirs sind geothermische Quellen, die möglicherweise zur Stromerzeugung oder zur direkten Nutzung genutzt werden können.
Ressourcenidentifikation
Geologisch, hydrogeologisch, geophysikalisch undgeochemische Techniken werden verwendet, um geothermische Ressourcen zu identifizieren und zu quantifizieren. Geologische und hydrogeologische Untersuchungen umfassen die Kartierung heißer Quellen oder anderer thermischer Oberflächenmerkmale und die Identifizierung günstiger geologischer Strukturen. Diese Studien werden verwendet, um zu empfehlen, wo Produktionsbohrungen mit der höchsten Wahrscheinlichkeit der Erschließung der geothermischen Ressource durchgeführt werden können.
Geophysikalische Erhebungen werden durchgeführt, um das zu zeigenForm, Größe, Tiefe und andere wichtige Merkmale der tiefen geologischen Strukturen unter Verwendung der folgenden Parameter: Temperatur (thermische Vermessung), elektrische Leitfähigkeit (elektrische und elektromagnetische Methoden), Ausbreitungsgeschwindigkeit elastischer Wellen (seismische Vermessung), Dichte (Schwerkraftmessung) und magnetische Suszeptibilität (magnetische Vermessung).
Geochemische Untersuchungen (einschließlich Isotop)Geochemie) sind ein nützliches Mittel, um zu bestimmen, ob das geothermische System Wasser oder Dampf dominiert, die in der Tiefe erwartete Minimaltemperatur zu schätzen, die Homogenität der Wasserversorgung abzuschätzen und die Quelle für die Wiederauffüllung von Wasser zu bestimmen.
Geothermische Erkundung betrifft mindestens neun Ziele:
- Identifizierung von geothermischen Phänomenen
- Feststellen, dass ein nützliches geothermisches Produktionsfeld existiert
- Schätzung der Größe der Ressource
- Klassifizierung des geothermischen Feldes
- Standort der Produktionszonen
- Bestimmung des Wärmeinhalts der Flüssigkeiten, die von den Bohrlöchern im geothermischen Feld abgeführt werden
- Zusammenstellung eines Datenbestandes, anhand dessen die Ergebnisse der zukünftigen Überwachung angezeigt werden können
- Bewertung der Werte vor der Nutzung von umweltsensitiven Parametern
- Ermittlung von Merkmalen, die bei der Feldentwicklung Probleme verursachen könnten
Bohren
Einmal potenzielle geothermische Ressourcenidentifiziert, werden Explorationsbohrungen durchgeführt, um die Ressource weiter zu quantifizieren. Aufgrund der hohen Temperatur und der korrosiven Natur von geothermischen Flüssigkeiten sowie der harten und abrasiven Natur von Reservoirgesteinen, die in geothermischen Umgebungen zu finden sind, sind geothermische Bohrungen viel schwieriger und teurer als herkömmliche Erdölbohrungen. Jedes geothermische Bohrloch kostet 1–4 Millionen US-Dollar für das Bohren, und das Alter für andere Bereiche kann aus 10–100 Bohrlöchern bestehen.
Bohrungen können 30 bis 50% der Gesamtkosten eines geothermischen Projekts ausmachen.
In der Regel werden geothermische Brunnen bis in die Tiefe gebohrt200 bis 1.500 Meter Tiefe für Systeme mit niedriger und mittlerer Temperatur und 700 bis 3.000 Meter für Hochtemperatursysteme. Brunnen können vertikal oder schräg gebohrt werden. Brunnen werden in einer Reihe von Stufen gebohrt, wobei jede Stufe einen kleineren Durchmesser als die vorherige Stufe hat und jeweils durch Stahlgehäuse gesichert ist, die vor dem Bohren der nachfolgenden Stufe zementiert werden.
Die endgültigen Produktionsabschnitte des Bohrlochs verwenden eine ungezähnte perforierte Auskleidung, durch die die geothermische Flüssigkeit in das Rohr gelangen kann.
Die Ziele dieser Phase sind der Nachweis derExistenz einer ausbeutbaren Ressource und zur Bestimmung des Umfangs und der Merkmale der Ressource. Ein Explorationsbohrprogramm kann Brunnen mit flachem Temperaturgradienten, Explorationsbohrungen mit schlankem Loch und Explorations- / Produktionsbohrungen in Produktionsgröße umfassen.
Temperaturgradientenbohrungen werden häufig aus 2 bis 200 Metern Tiefe mit Durchmessern von 50 bis 150 mm gebohrt.
Explorationsbohrungen mit schlankem Loch werden normalerweise gebohrtvon 200 bis 3000 Meter Tiefe mit Durchmessern von 100 bis 220 mm. Die Größe und das Ziel der Erschließung bestimmen die Anzahl und Art der Bohrungen, die in Explorationsbohrprogrammen aufgenommen werden sollen.