Süper sıcak kayalardaki ısıyı kullanma: Mazama Energy yaklaşımı
SuperHot kayasından ısıyı kullanma: Mazama Energy yaklaşımı
Merve Uytun
22 Tem 2024
Mazama Energy, süper sıcak kayalardan gelen ısıyı verimli bir şekilde kullanmak ve jeotermal enerji üretimini yeniden keşfetmek için bir dizi teknoloji geliştiriyor.
2024’te ABD kamu hizmetleri, 2028’e kadar ihtiyaç duyacakları ek güç miktarının tahminlerini neredeyse iki katına çıkardı; bu, esas olarak hızla artan sayıda veri merkezinden gelen taleple yönlendirildi. 2050’ye kadar ABD’nin artan talebi desteklemek için ek 700-900 GW temiz firma kapasitesine ihtiyaç duyacağı tahmin ediliyor. Bu artan talebi sorumlu bir şekilde karşılamak için yeni, ölçeklenebilir temiz enerji kaynakları geliştirilmelidir.
Umut vadeden bir kaynak , geniş olan ve bilinen tüm fosil yakıt rezervlerinin 100 katı enerjiye sahip olan Süper Sıcak Kayalardır (SHR, > 374°C). Mazama Energy’nin odak noktası, SHR’den ısı toplayarak kamu hizmeti ölçeğinde, karbon içermeyen, temel yük enerjisi üretmektir.
Mazama Energy™, yatay kuyular arasında suyu dolaştırmak ve ısı çıkarımını en üst düzeye çıkarmak için SHR’de dayanıklı, Gelişmiş Jeotermal Sistemler (EGS) oluşturmayı amaçlamaktadır. Mazama Energy’nin kuyuları, rezervuarda 374°C’nin üzerindeki suyla (süper kritik) ısı çıkararak, 200°C’de eşdeğer jeotermal sistemlerden 5-7 kat daha yüksek güç yoğunluğu üretebilir. SHR EGS’nin yüksek termal yoğunluğu, mevcut EGS projelerine kıyasla su kullanımını %75 oranında azaltacaktır.
Mazama Enerji, SHR kaynaklarını güvenilir ve makul bir maliyetle geliştirmek için üç temel teknoloji alanındaki gelişmelere odaklanmıştır:
- SHR kuyularının uzun ömürlü olmasını sağlamak için kuyu mühendisliği ve inşaatı;
- SHR formasyonu ile teması artırmak için yatay veya yataya yakın kuyuların delinmesi; ve
- SHR’de enjektör ve üretici kuyularını birbirine bağlamak için yüksek kapasiteli, dayanıklı, uyarılmış akış yolları oluşturmak.
Mazama MUSE™ (Modüler Geleneksel Olmayan Süper Sıcak Enerji)
Mazama’nın MUSE™’si, elektrik maliyetini düşürmek için mühendislik ve operasyonel ilerlemelerin sentezidir. Yenilikler arasında SHR’de yatay kuyuları delme ve yönlendirmeye yönelik patentli bir yaklaşım, büyük EGS rezervuarları oluşturmak için yeni uyarım teknikleri ve gücü en üst düzeye çıkarmak için gelişmiş ısı hasadı stratejileri yer almaktadır. MUSE performans projeksiyonları, güç projelerinin MWh başına 50 dolardan daha düşük maliyetlerle geliştirilebileceğini göstermektedir.
Süper Sıcak Kaya (SHR) Sondajı
Üç kuyulu bir program boyunca, Utah FORGE sondaj ekibi kuyu sondaj sürelerini yarıdan fazla azalttı ve kalın granit ödeme bölgesinde anında ROP artışları %500’ün üzerinde oldu. Aynı zamanda, bit başına rekor görüntü %200’ün üzerinde arttı. Bu ilerlemeleri SHR’de yatay kuyular delmek için kullanmak, Mazama Energy’nin sondaj teknolojisi geliştirme programında önemli bir husustur.
2024 İzlanda Jeotermal Konferansı’nda Tony Pink (Sondaj Danışmanı) ve Suri Suryanarayana (Kuyu Teknolojileri Şefi), SHR jeotermal kuyularını delmek, muhafaza etmek ve çimentolamak için gereken teknolojiyi vurgulayan bir boşluk analizi sundular. Değerlendirmeleri, SHR’de kuyu delmenin bilimsel bir atılım gerektirmediği, bunun yerine sağlam planlama, kapsamlı mühendislik yinelemeleri ve delmeye devam etme kararlılığı gerektirdiği yönündeydi. Yatay kuyuları delmek için kullanılan mevcut yön kontrol araçları SHR sıcaklıkları için derecelendirilmemiştir, bu nedenle bunların performans gösterebileceği ortamı yaratmalıyız.
Ancak Mazama Energy şu anda SHR koşullarında mevcut yönlü sondaj araçlarının kullanımını mümkün kılmak için yeni bir sondaj sistemi geliştiriyor. Bu atılım, sondaj sıvısı olarak süperkritik CO2 (sCO2) kullanıyor ve alt delik tertibatında önemli sıcaklık düşüşleri sağlamak için petrol ve gazdan Yönetilen Basınçlı Sondaj (MPD) tekniklerinden yararlanıyor. Utah FORGE ve diğer jeotermal sahalarda yapılan sondaj ilerlemeleriyle birlikte hazır yönlü sondaj araçlarını mümkün kılabilen sondajı sCO2 ile birleştirerek, SHR’deki yatay kuyular çok daha ucuz ve daha güvenilir hale gelecektir.
Termal Kafes™ – Rezervuar Oluşturma
Thermal Lattice™, Mazama Energy’nin yüksek kapasiteli, dayanıklı jeotermal rezervuarlar tasarlamak için geliştirdiği bir yeniliktir. Yeraltından ısıyı elde etmedeki en büyük zorluklardan biri, anlamlı iletişimi mümkün kılan enjektörden üreticiye sıvı transfer yollarına ulaşmaktır.
Doğal geçirgenliğin mevcut olduğu çoğu hidrotermal sistemde, enjektörün üretici kuyulara bağlantısı daha kolay kurulabilir. Ana kaya geçirgenliğinin minimum olduğu derin, SHR ortamlarında, kuyular arasındaki bağlantı sentetik olarak oluşturulmuş yollar ve doğal çatlak sistemleri aracılığıyla gerçekleşir.
Mazama Energy’nin yaklaşımı, uyarılmış kaya hacmini önemli ölçüde artırmak için çeşitli tekniklerin hibrit uygulamasını içerir. Teorik çalışma tamamlanmış ve laboratuvarlarda deneysel testler iyi bir şekilde ilerlediğinden, SHR’de sürdürülebilir bir EGS rezervuarının oluşturulması artık uygulanabilir görünüyor. Kaya mekaniği kavramlarından, HPHT kuyularındaki geçmiş deneyimlerden ve çeşitli teşhis teknolojisi yaklaşımlarından yararlanmak, minimum miktarda sıvı kullanırken gelecekteki bir SHR kuyusunun sıcaklığa maruz kalmasını en üst düzeye çıkarmanın yolunu açmaya yardımcı olacaktır. Mazama Energy’nin yaklaşan saha uygulamalarında, yüksek sıcaklık destek maddeleri ve malzemeler dahil olmak üzere etkili kuyudan kuyuya bağlantılar elde etmenin çeşitli bileşenleri test edilecektir.
Thermal Lattice™ yalnızca bir süreç değil, aynı zamanda uygulama ve SHR’nin benzersiz ihtiyaçları arasındaki bir yakınsamadır. Mazama Energy, uyarımda kullanılan malzemelerin davranışını ve SHR koşullarındaki kaya mekaniğini anlamak için çeşitli Ulusal Laboratuvarlarla iş birliği yapmaktadır. Ayrıca, çeşitli endüstri ortakları, Thermal Lattice™’i hayata geçirmek için destekleyici maddeler, tamamlama araçları ve sıvılardaki teknoloji ilerlemelerini hızlandırmak için iş birliği yapmaktadır.
Heat Harvester ™ – ısı-güç dinamiklerinin tahmini, modellenmesi ve optimizasyonu
Mazama, SHR EGS kuyularının performansını tahmin etmek için Entegre Varlık Yönetimi (IAM) modeli geliştirdi. Heat Harvester™, enjeksiyon kuyuları, uyarılmış süper sıcak kayadan ısı çıkarma, üretim kuyuları ve elektrik üretimi dahil olmak üzere tüm sistem döngüsünü temsil etmek için geliştirildi.
Bu tescilli çerçeve, SHR’den ısı çıkarımı için iletim, konveksiyon ve adveksiyonu kapsayan ısı ve kütle transferinin temel fiziğine dayanmaktadır. Heat Harvester, sonlu bir hücresel model aracılığıyla çözülen geçici basınç ve entalpi dengelerini kullanır. Modelin hücrelerinde su hareket eder:
- Aşağı enjeksiyon kuyuları,
- Maksimum kaya teması için tasarlanmış termal kafes sayesinde,
- üretim kuyuları yukarı
- elektrik üretimi için buhar türbinleri aracılığıyla ve
- Son olarak enjeksiyon kuyularına geri dönüştürülür.
Model, belirli bir elektrik enerjisi üretim hedefini en iyi şekilde elde etmek ve sürdürmek için tüm SHR EGS projesinin entegre bir şekilde nasıl çalıştırılacağını belirleyebilir. Heat Harvester™, 374°C’nin üzerindeki suyun süperkritik hale geldiği ve termofiziksel özelliklerinin önemli ölçüde değiştiği yerlerde modellemenin modelleme zorluklarını ele alır. Süperkritik faz, bir üretim kuyusunun basınç-sıcaklık özelliklerini geleneksel jeotermal sistemlere kıyasla farklı şekilde etkiler. Heat Harvester™, Mazama Energy’nin ekonomik değeri göz önünde bulundurarak planlamayı kolaylaştırmak için Thermal Lattice™ parametrelerini, kuyu yapılandırmalarını ve geliştirme stratejilerini simüle etmesine ve optimize etmesine olanak tanır.
Newberry pilot projesi
SHR jeotermal, dünyanın yeni, düşük karbonlu bir enerji kaynağı yaratması için en umut verici fırsatlardan biridir. Bunu gerçeğe dönüştürmek için inovasyon, yaratıcılık ve endüstriler arasında güçlü bir iş birliği gerekecektir.
SHR koşullarında çalışmak için gereken bilimi ilerletmek ve SHR’nin muazzam potansiyelini göstermek için ABD Enerji Bakanlığı (DOE), teknoloji testleri için tam izinli bir saha olan Newberry, Oregon’da türünün ilk örneği olan SHR EGS pilotunu göstermek üzere Mazama Energy’yi seçti. MUSE™, karbon içermeyen enerjinin en düşük maliyetli, terawatt ölçeğinde, dağıtılabilir kaynağı olma potansiyeline sahiptir. Mazama Energy’nin vizyonu, dünya nüfusunun çoğunluğuna bu temiz, güvenilir ve uygun fiyatlı gücü sağlayarak adil enerji geçişini hızlandırmaktır.
Kaynak: ThinkGeoEnergy
