Wissenschaftler der Penn State Universität haben eine neue Methode vorgeschlagen, um die Effizienz von geothermischen Kraftwerken zu verbessern. Geothermische Energie ist eine vielversprechende erneuerbare Energiequelle mit geringen Emissionen, aber sie ist relativ teuer. Verbesserte geothermische Systeme verwenden kaltes Wasser, das tief in heißen trockenen Felsen unter der Erde eingeführt wird. Breite Risse können jedoch dazu führen, dass das Wasser zu schnell fließt und die Effizienz des Kraftwerks reduziert wird. Die vorgeschlagene Lösung ist die sogenannte “Fracture Conductivity Tuning Technique” (Rissleitfähigkeits-Anpassungstechnik), bei der Materialien oder Chemikalien zum gepumpten Wasser hinzugefügt werden, um den Fluss im Gestein zu kontrollieren. Dadurch soll der Fluss gleichmäßiger verteilt und Umwege verhindert werden, sodass kühleres Wasser nicht zu den Förderbrunnen gelangt. Modellierungsverfahren haben gezeigt, dass dieser Prozess die Wärmeentnahme über 50 Jahre um mehr als 65% steigern und ein frühes Eindringen von kaltem Wasser verhindern könnte. In einem Praxisversuch mit echter geologischer Struktur könnte die Technik die Wärmeentnahme über 50 Jahre um weitere 101% erhöhen. Die Forscher glauben, dass diese Methode geothermische Energie kosteneffizienter macht und sie mit anderen Energiequellen wettbewerbsfähig werden lässt.
Einführung
In den letzten Jahren hat sich die Geothermie als vielversprechende erneuerbare Energiequelle erwiesen, aufgrund ihrer geringen Emissionen und kontinuierlichen Verfügbarkeit. Die Effizienz von Geothermie-Kraftwerken ist jedoch im Vergleich zu anderen Energiequellen weiterhin relativ niedrig, was sie zu einer kostspieligen Option macht. Wissenschaftler an der Penn State haben eine neue Technik namens Bruchleitfähigkeitsabstimmung vorgeschlagen, um die Effizienz von Geothermie-Kraftwerken zu steigern.
Übersicht
Die vorgeschlagene Technik besteht darin, kaltes Wasser tief in heißen, trockenen Felsen unter der Erde einzuspritzen, ein Prozess, der als Enhanced Geothermal Systems (EGS) bekannt ist. Weite Risse im Gestein können jedoch dazu führen, dass das Wasser zu schnell fließt und die Effizienz des Kraftwerks verringert wird. Die Bruchleitfähigkeitsabstimmung zielt darauf ab, dieses Problem zu beheben, indem der Fluss des Wassers im Gestein kontrolliert wird. Durch Zugabe von Materialien oder Chemikalien zur gepumpten Flüssigkeit können die Forscher den Fluss gleichmäßiger verteilen und Verkürzungen verhindern, die es kühlerem Wasser ermöglichen, die Produktionsbrunnen zu erreichen.
Arbeitsprinzip der Technik der Bruchleitfähigkeitsabstimmung
Die Technik der Bruchleitfähigkeitsabstimmung funktioniert, indem bestimmte Materialien oder Chemikalien in das Wasser eingebracht werden, das in die unterirdischen Gesteinsformationen injiziert wird. Diese Zusatzstoffe verändern die Eigenschaften des Wassers und kontrollieren sein Verhalten in den Brüchen. Das Hauptziel besteht darin, den Fluss gleichmäßiger zu verteilen, um das Auftreten von Abkürzungen zu minimieren und sicherzustellen, dass heißeres Wasser die Produktionsbrunnen erreicht, ohne signifikante Abkühlung oder Verdünnung.
Vorteile der Technik der Bruchleitfähigkeitsabstimmung
Durch die Implementierung der Technik der Bruchleitfähigkeitsabstimmung können Geothermie-Kraftwerke mehrere Vorteile erzielen:
- Erhöhte Wärmeentnahme: Modellierungstechniken haben gezeigt, dass dieser Prozess die Wärmenutzung aus geothermischen Reservoiren in einem Zeitraum von 50 Jahren um mehr als 65% steigern kann. Diese signifikante Verbesserung der Wärmeentnahme kann die Gesamteffizienz der geothermischen Stromerzeugung erheblich verbessern.
- Verhinderung von Kaltwassereinbrüchen: Kaltwassereinbrüche treten auf, wenn kühleres Wasser die Produktionsbrunnen erreicht und die Effizienz der Wärmeentnahme beeinträchtigt. Die Bruchleitfähigkeitsabstimmung hilft, frühzeitige Einbrüche zu verhindern und sicherzustellen, dass über einen längeren Zeitraum hinweg kontinuierlich heißes Wasser gefördert wird.
- Verbesserte Wirtschaftlichkeit: Durch die Verbesserung der Wärmeentnahme und die Verringerung von Kaltwassereinbrüchen kann die Technik der Bruchleitfähigkeitsabstimmung die Wirtschaftlichkeit von Geothermie-Energie verbessern. Diese erhöhte Effizienz kann Geothermie-Kraftwerken helfen, in Bezug auf Kosten und Zuverlässigkeit mit anderen Energiequellen zu konkurrieren.
Anwendung und Fallstudie
Die Wirksamkeit der Technik der Bruchleitfähigkeitsabstimmung wurde in einer Fallstudie mit realer Geologie nachgewiesen. Die Forscher simulierten die Injektion von Wasser mit verschiedenen Zusätzen und untersuchten die daraus resultierende Wärmeentnahme. Die Fallstudie zeigte vielversprechende Ergebnisse mit einer erheblichen Steigerung der Wärmeentnahme im Vergleich zu konventionellen Methoden.
Ergebnisse der Fallstudie
Basierend auf der Fallstudie ergab die Technik der Bruchleitfähigkeitsabstimmung eine zusätzliche Wärmeentnahme von 101% über einen Zeitraumd|von 50 Jahren. Diese bedeutende Verbesserung zeigt das Potenzial dieser Technik, Geothermie-Kraftwerke zu revolutionieren.
Fazit
Die von Wissenschaftlern an der Penn State vorgeschlagene Technik der Bruchleitfähigkeitsabstimmung bietet eine vielversprechende Lösung zur Verbesserung der Effizienz von Geothermie-Kraftwerken. Durch die Kontrolle des Wasserdurchflusses in den unterirdischen Gesteinsformationen kann diese Technik die Wärmeentnahme erhöhen und frühzeitige Kaltwassereinbrüche verhindern. Die potenzielle Wirtschaftlichkeit und Wettbewerbsfähigkeit von Geothermie-Energie könnte durch die Implementierung dieser Technik erheblich verbessert werden. Weitere Forschung und Entwicklung in diesem Bereich können den Weg für eine nachhaltigere und effizientere Energiezukunft ebnen.
