Unijne badania pomagają wydłużyć okres eksploatacji studni geotermalnych
W zmienionej dyrektywie w sprawie odnawialnych źródeł energii UE ustanowiono nowy wiążący cel w zakresie ilości energii pochodzącej ze źródeł odnawialnych, która do 2030 roku ma osiągnąć co najmniej 32 %, z klauzulą przewidującą możliwość jej zwiększenia do 2023 roku. Pomoże to rozwiązać problem niepewności w zakresie dostaw energii i zmniejszy obawy przed globalnym ociepleniem. Jedną z części tej strategii jest rozwój sektora geotermalnego. W ramach projektu GeoWell opracowano i przetestowano nowe, niezawodne, ekonomiczne i bezpieczne dla środowiska technologie projektowania, realizacji i monitorowania wysokotemperaturowych studni geotermalnych. Badacze zajęli się wszystkimi istotnymi etapami procesu tworzenia studni geotermalnej, w tym technologiami cementowania i uszczelniania, doborem materiałów oraz złączami obudowy, aby wydłużyć okres eksploatacji wysokotemperaturowych studni geotermalnych. Wśród członków konsorcjum znaleźli się doświadczeni przedsiębiorcy budowlani działający w branży geotermalnej, wiodące instytucje akademickie, główne instytucje badawcze zajmujące się ropą i gazem oraz MŚP z dostępem do światowej klasy obiektów badawczych. Obejmowały one studnie testowe do walidacji innowacyjnych technologii i laboratoria do testowania materiałów.
Testowanie nowych technologii
Partnerzy projektu skupili się zarówno na tradycyjnych, jak i głębszych studniach, w których ciśnienie wynosi nawet 150 barów, a temperatura przekracza 400 °C, testując technologie w warunkach in situ w laboratoriach i istniejących środowiskach geotermalnych. Zajęli się oni także kluczowymi wąskimi gardłami, takimi jak wysokie koszty inwestycji i konserwacji, opracowując i zatwierdzając innowacyjne materiały oraz projekty, które wychodzą poza obecne koncepcje. Naukowcy zbadali nowe technologie cementowania i uszczelniania, a także materiały osłon i elastycznych złączy, aby zminimalizować obciążenia termomechaniczne. Ponadto opracowano technologię kabli światłowodowych oraz aplikacje do pomiaru temperatury i odkształcenia w studniach, które z powodzeniem przetestowano w różnych temperaturach i na różnych głębokościach w studniach w Niemczech i na Islandii.
Innowacyjne materiały
W studni Iceland Deep Drilling Project (IDDP-1) próbki cementu zostały wystawione na temperatury do 450 °C. Po analizie laboratoryjnej w temperaturze otoczenia wyniki wykazały, że mieszanki cementu portlandzkiego zawierające krzemionkę nadają się do zastosowania w geotermii. Jednak kieszenie wodne mogą prowadzić do wzrostu krytycznego ciśnienia w osłonach cementowych. „Ustalenia te doprowadziły do opracowania »pompowalnego« cementu o zmniejszonej zawartości wody bez pogorszenia jego właściwości uszczelniających”, mówi koordynator projektu, Arni Ragnarsson. Zespół opracował również plastyczną warstwę pośrednią między cementem a obudową, aby uwzględnić naprężenia powstałe w wyniku zmiany temperatury i ocenił nanomateriały w testach na małą skalę pod kątem ich potencjału do zmniejszenia tarcia. „Opracowany preparat ma obiecujące właściwości, a jego cienka warstwa jest w stanie zmniejszyć siły tarcia o współczynnik większy niż 10”, wyjaśnia Arni Ragnarsson. Duże różnice temperatur w studniach geotermalnych regularnie powodują awarie obudów. Dlatego naukowcy opracowali elastyczne złącze, które umożliwia ruch osiowy segmentów obudowy i przetestowali kilka pełnowymiarowych prototypów. Przeprowadzono również próby rozciągania na materiale obudowy za pomocą dedykowanego urządzenia do generowania wysokich temperatur. Jednocześnie w autoklawie odbywały się testy korozji. W ramach finansowanego ze środków UE projektu DEEPEGS prowadzone są obecnie testy na miejscu w celu udostępnienia tej technologii na potrzeby przemysłu geotermalnego.
Najważniejsze korzyści
Technologie projektowania i monitorowania opracowane w ramach projektu GeoWell przyniosą znaczące korzyści ekonomiczne poprzez zmniejszenie ryzyka awarii obudowy oraz poprawę metod monitorowania i oceny ryzyka. Ponadto opracowanie nowych materiałów i innowacyjnych rozwiązań pomoże poprawić integralność i bezpieczeństwo wysokotemperaturowych studni geotermalnych, przedłużyć okres ich eksploatacji oraz zmniejszyć potrzebę przeprowadzania prac konserwacyjnych. Technologie GeoWell mogą być stosowane w szerokim zakresie temperatur w głębokich studniach geotermalnych na terenie całej Europy. „Projekt doprowadzi do usprawnienia procesu budowy i działania wysokotemperaturowych studni geotermalnych, zwłaszcza poprzez ukierunkowanie na poprawę integralności w celu zaoferowania przemysłowi nowych możliwości biznesowych. To z pewnością pomoże Europie utrzymać pozycję światowego lidera w dziedzinie energii geotermalnej”, podsumowuje Arni Ragnarsson.
Słowa kluczowe
GeoWell, wysokotemperaturowa studnia geotermalna, cement, obudowa, monitorowanie, uszczelnianie, elastyczne złącza, tarcie, światłowód
