Сверхкритическая геотермальная энергия: большой потенциал и невероятная трудность

Сверхкритическая геотермальная энергия обещает удовлетворить энергетические потребности человечества, но насколько она практична? Новый анализ исследователей из Lux Research предполагает, что это может находиться где-то между невероятным и невозможным.

На первый взгляд геотермальная энергия кажется блестящим источником энергии. Она чистая, на Земле достаточно тепла, чтобы обеспечивать цивилизацию энергией в обозримом будущем, и все, что нужно сделать, это добыть ее.

Еще лучше то, что называется сверхкритической геотермальной энергией. Обычные геотермальные системы работают путем бурения скважин в областях, отмеченных вулканами или горячими источниками, и использования тепла путем закачки воды в землю и последующего извлечения пара или путем установки теплообменника для нагрева воды внутри замкнутого контура трубопроводов.

Это работает, но установка таких электростанций очень дорога, и в мире очень мало мест, где их можно построить. Они также ограничены по мощности, поскольку достигают температуры лишь около 200 °C, что соответствует выходной энергии 5 МВт для одной электростанции.

На практике это означает, что геотермальная энергия составляет лишь около 0,5% мирового производства электроэнергии и никогда не растет более чем на 3,5% в год.

Сверхкритическая геотермальная энергия выводит эту концепцию на новый уровень, либо находя очаги магмы у поверхности на глубине всего 2 км, либо ища горячую внутреннюю часть Земли на глубине до 20 км. Здесь температура и давление настолько велики, что вода нагревается выше 370 °C, а давление превышает 220 бар (217 атмосфер). В этом состоянии вода перегрета, но не способна превратиться в пар. Она также способна удерживать в 4–10 раз больше энергии, чем обычная вода или пар.

Другими словами, сверхкритическая геотермальная установка может иметь мощность 50 МВт, а три скважины могут иметь выходную мощность 42 обычных геотермальных скважин. Кроме того, обнаружение сверхкритического тепла — это просто вопрос либо поиска кармана магмы, либо копания достаточно глубоко в любом заданном месте.

Звучит здорово, но это серьезная инженерная задача, которая выводит на новый уровень технологии бурения и материалы. Мало того, что необходимо вырыть фантастически глубокие скважины, они также должны быть защищены от давления, газов и коррозионного воздействия, которые быстро разрушили бы любую обычную буровую установку. Однако есть более серьезная проблема.

Чтобы добраться до этого прекрасного сверхкритического слоя или пузыря, сверло должно пройти через так называемую хрупко-пластичную переходную зону. Проще говоря, порода над сверхкритической зоной претерпевает изменения под воздействием температуры и давления на такой глубине. Вместо того, чтобы быть хрупким, камень становится податливым и пластичным. Представьте себе гранит, из которого можно лепить, как из пластилина, и вы поймете идею.

Переходная зона неоднородна. Верхняя часть все еще хрупкая, нижняя — пластичная, а центр — гибрид того и другого. Это означает, что сверлить ее неприятная вещь, требующая больших усилий при очень незначительном прогрессе, и это очень сложно для сверл и другого оборудования.

По словам ученых, чтобы пройти через переходную зону, необходимо тщательно изучить площадь бурения, чтобы найти места, которые являются хрупкими на всем протяжении – если такие места существуют. Это также означает непосредственную борьбу с жарой и едкими вулканическими газами, идущими снизу, которые могут включать сероводород и диоксид серы.

На самом деле, эти проблемы не просто сложны, они могут оказаться непреодолимыми с помощью современных технологий, а это означает, что мечта о сверхкритической геотермальной энергии может так и остаться мечтой.

«Сверхкритическая геотермальная энергия далека от коммерциализации и будет зависеть от достижений в методах бурения, цифрового моделирования ресурсов и разработки материалов для доступа к этим ресурсам для производства электроэнергии», — говорят исследователи.

«Несмотря на свой потенциал, сверхкритическая геотермальная энергия вряд ли будет играть заметную роль из-за присущих ей технических препятствий».