Исторически доступ к геотермальной энергии зависел от трёх самых важных факторов недвижимости: местоположение, местоположение и местоположение. Поскольку для обычных геотермальных электростанций требуются горячие, проницаемые породы и большое количество подземной жидкости, использование этой технологии было ограничено в основном местами с недавним вулканизмом, такими как Япония, Новая Зеландия, Филиппины, Кения, Сальвадор, Исландия и западная часть Соединенных Штатов.
Однако за последние 50 лет технологии, изначально разработанные для нефтяных месторождений и адаптированные для «усовершенствованных геотермальных систем » (УГС), дали надежду на использование глубоких запасов природного тепла на более обширной территории планеты.
«Возможности использования улучшенной геотермальной энергии вызывают большой интерес », — сказал Роланд Хорн, профессор энергетической науки и техники в Школе устойчивого развития Стэнфордского университета имени Дорра, который в начале этого месяца собрал более 450 инженеров, учёных и менеджеров из 28 стран на 50-м Стэнфордском геотермальном семинаре для обмена идеями и представления результатов проектов по всему миру.
По словам Хорна, до настоящего времени почти все применения EGS осуществлялись в исследовательских целях на единичных небольших предприятиях. Ему было предложено собрать группу авторов для написания обзорной статьи для выпуска журнала Nature Reviews Clean Technology за февраль 2025 года о EGS и его потенциале для поставок энергии в больших масштабах.
Тысячелетия спустя после того, как древние римляне стали использовать подземное тепло для обогрева своих зданий, и более века спустя после того, как Италия запустила первую в мире геотермальную электростанцию, Хорн и соавторы отмечают, что сегодня геотермальная энергия обеспечивает до 45% поставок электроэнергии в некоторых странах, например, в Кении. Но она по-прежнему обеспечивает менее половины 1% в глобальном масштабе. Солнечная и ветровая энергия обеспечивают более чем в 25 раз больше. С EGS теперь существует потенциал для того, чтобы геотермальная энергия включала гораздо большую долю энергетических потребностей человечества.
Более быстрое бурение снижает затраты
Многие из методов бурения, которые способствовали буму сланцевого газа в начале 2000-х годов, были адаптированы для того, чтобы геотермальная работа в большем количестве регионов с меньшими затратами, сказал Хорн. Эти методы включают горизонтальное бурение и гидравлический разрыв пласта , или фрекинг, который включает закачку жидкостей под высоким давлением в скважины, пробуренные вглубь и через скальные образования на глубине тысяч футов под землей. Давление заставляет открывать существующие трещины в породе или создавать новые, облегчая поток нефти или других жидкостей на поверхность. В усовершенствованных геотермальных системах жидкость представляет собой просто горячую воду из естественных подземных резервуаров.
Другие адаптированные методы включают бурение нескольких скважин с одной площадки для повышения эффективности и снижения затрат. Синтетические алмазные буровые коронки, которые могут эффективно прогрызать твердую породу, также оказались критически важными, позволяя завершить новую геотермальную скважину в течение нескольких недель вместо месяцев.
«Быстрое бурение имеет огромное значение для всей экономики EGS», — сказал Хорн, профессор фонда Томаса Дэвиса Барроу в Стэнфорде, который также входит в научный консультативный совет компании по усовершенствованной разработке геотермальной энергии, соучредителями которой являются выпускники Стэнфорда Тим Латимер, получивший степень магистра делового администрирования (MS-MBA) в 2017 году, и Джек Норбек, получивший степень доктора философии в 2016 году.
Частично на основе моделирования, проведенного аспирантом Мохаммадом Альджубраном, Хорн и его соавторы обзорной статьи подсчитали, что более высокие скорости бурения могут сделать усовершенствованные геотермальные системы конкурентоспособными со средними ценами на электроэнергию на большей части территории Соединенных Штатов к 2027 году, примерно на уровне 80 долларов за мегаватт-час.
В Калифорнии, которая в настоящее время получает около 5% своей электроэнергии из геотермальной энергии, авторы подсчитали, что геотермальная мощность может увеличиться в десять раз с EGS, достигнув 40 гигаватт к 2045 году и заменив ископаемое топливо для базовой мощности. Таким образом, EGS будет дополнять прерывистые возобновляемые источники энергии ветра и солнца, добавляя стабильности декарбонизированной энергосистеме.
«С EGS мы можем справиться с нагрузкой», — сказал Хорн, чьи соавторы в обзорной статье от 31 января включают Норбека и бывшего студента Марка МакКлюра, магистр наук ’09, доктор философии ’12, соучредителя и генерального директора компании, которая продает программное обеспечение для моделирования трещин нефтяным, газовым и EGS компаниям. Дополнительные соавторы включают Уильяма Эллсворта, почётного профессора-исследователя геофизики в Doerr School of Sustainability; Еву Шилл, которая возглавляет программу геотермальных систем Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли; и Альберта Гентера, заместителя генерального директора по геотермальной энергии в Electricité de Strasbourg, которая участвует в коммерческой разработке проектов EGS во Франции.
Снижение риска землетрясений
Как и в случае с гидроразрывом пласта при добыче нефти и газа, гидроразрыв глубоких пород для доступа к геотермальным резервуарам может спровоцировать землетрясения.
Один очевидный способ снизить риск снова возвращает нас к местоположению: просто избегайте бурения в местах, подверженных землетрясениям. Например, строительство площадки на вершине разлома Сан-Андреас, который опасно пересекает Калифорнию, было бы неразумным, сказал Хорн.
Второй подход — мониторинг сейсмичности с помощью системы, известной как протокол светофора . Если происходит сейсмическое событие определенной величины, операторы замедляют бурение. Более крупные сейсмические события рассматриваются как красные огни, которые останавливают все бурение и требуют проверки перед потенциальным перезапуском.
Недавно разработанная стратегия ограничения сейсмичности, сказал Хорн, включает создание множества более мелких трещин во время бурения, а не только одной или нескольких крупных трещин. Большинство землетрясений, связанных с EGS, произошли, когда большие, стимулированные человеком трещины были заполнены жидкостью и активировали разломы, которые являются естественными трещинами в скале. «Кап-кап-кап вместо подхода пожарного шланга может значительно снизить риск и размер индуцированной сейсмичности», сказал Хорн.
Он и его коллеги надеются, что новое исследование послужит стимулом для дальнейших исследований и разработок EGS как устойчивого и надёжного источника энергии. «EGS может стать переломным моментом в производстве зелёной энергии не только в Калифорнии, но и по всей территории США и во всем мире», — сказал Хорн. «Безопасное использование внутреннего тепла Земли может существенно способствовать обеспечению нашего будущего энергией».
Её конек схемы в бизнесе, банковской и финансовой сфере.
