Mikroborrturbinen med diamantborr Àr bara 10 centimeter lÄng och har en diameter pÄ 3,6 centimeter. Vid borrning roterar den med upp till 80 000 varv per minut. Kredit: Fraunhofer-Gesellschaft
Geotermiska system blir en allt viktigare kÀlla för ren och framför allt baslastkapabel energi. Men brunnarna, som kan vara flera tusen meter djupa, Àr riskfyllda och det kan ibland gÄ fel. Fraunhofer-forskare har nu utvecklat ett innovativt verktyg som gör det möjligt att borra ytterligare grenar frÄn huvudbrunnen. Detta minskar risken för torra borrhÄl och förbÀttrar produktionen.
Geotermisk energi Ă€r en outtömlig energikĂ€lla. Varmvatten frĂ„n reservoarer, sprickor och sprickor kan hittas djupt i jordskorpan, som Ă€r cirka 30 kilometer tjock. Vattnet pĂ„ 5000 meters djup Ă€r redan 200 °C varmt. I geotermiska tillĂ€mpningar pumpas det upp med hjĂ€lp av en produktionsbrunn. Detta vatten kan sedan anvĂ€ndas för att driva Ă„ngturbiner för att generera el eller för att vĂ€rma upp byggnader via vĂ€rmepumpssystem. Det kylda vattnet rinner tillbaka in i jordskorpan via en andra brunn â injektionsbrunnen â dĂ€r det vĂ€rms upp igen i det varma berget. Det Ă€r en komplett cykel. Denna förnybara energi kan spela en betydande roll i kampen mot klimatförĂ€ndringarna.
Men brunnarna, som nÄr flera tusen meter djupa, innebÀr bÄde betydande kostnader och risker pÄ samma gÄng. Risken att ha fel och inte hitta nÄgot (det som experter kallar prospekteringsrisken) Àr cirka 30 procent. Det Àr vad experterna vid Fraunhofer Research Institution for Energy Infrastructures and Geothermal Systems IEG i Bochum vill Àndra pÄ. Deras idé Àr att med en miniborr perforera omrÄdet runt borrhÄlet i en radie av 50 meter och hydrauliskt koppla de omgivande vattenfyllda sprickorna och sprickorna till borrhÄlet. Detta öppnar vÀgen för vattnet att rinna in i produktionsbrunnen varifrÄn det kan pumpas upp.
Enkelt och pĂ„litligt: ââavböjningsskon i stĂ„lplĂ„t styr borrverktyget utĂ„t i en vinkel pĂ„ 45 grader. Kredit: Fraunhofer-Gesellschaft
SekundÀr borrning utforskar det omgivande omrÄdet
Tekniken för mikroturbinborrning (MTD) har utvecklats av Niklas GeiĂler, som bedriver forskning vid Fraunhofer IEG i Bochum och Fraunhofer-Chalmers Research Centre for Industrial Mathematics FCC i Sverige. â Brunnar som nĂ„r flera kilometer in i jordskorpan kostar miljontals euro. Ytterligare förgreningar frĂ„n huvudbrunnen som anvĂ€nder MTD ökar avrinningsomrĂ„det för varmvatten och prospekteringsrisken minskar avsevĂ€rtâ, förklarar GeiĂler.
Nyckeln till MTD Ă€r en kompakt mikroborrturbin som Ă€r utrustad med en speciell borrkrona. Den Ă€r vĂ€ldigt liten och mĂ€ter bara 3,6 centimeter i diameter och 10 centimeter lĂ„ng. Mikroturbinen Ă€r kopplad till en högtrycksslang, genom vilken den drivs av upp till 200 liter vatten per minut vid ett inloppstryck pĂ„ cirka 100 bar, vilket gör att borrkronan roterar. Borret bestĂ„r av en volframkarbidmatris med inbyggda diamantkorn och slipar in i berget med upp till 80 000 varv per minut. DĂ€rför Ă€r den sĂ€rskilt lĂ€mpad för hĂ„rda, kristallina bergarter som granit. Dessutom kan den Ă€ven borra stĂ„l. Det Ă€r viktigt eftersom brunnar vanligtvis Ă€r fodrade med stĂ„lhölje för bĂ€ttre stabilitet. Utan att byta borrverktyg kan MTD först borra stĂ„lhöljet och sedan berget i ett enda steg. âVi kan borra tvĂ„ till tre meter pĂ„ en timme. Vattnet som driver mikroturbinen fungerar bĂ„de som kylvĂ€tska, sĂ„ att borren inte blir för varm, och spolar Ă€ven hĂ„let för att ta bort borrkaxen, sĂ€ger GeiĂler. Det har funnits liknande tekniker som anvĂ€nder tryckvatten tidigare, sĂ„som radiell jetborrning. Hittills har dock bara mjukt berg kunnat borras med dessa tekniker. SĂ€rskilt för geotermisk energi behövs en metod för att borra genom det hĂ„rda berget dĂ€r geotermiska reservoarer ofta finns.
En av utmaningarna i processen Ă€r att avleda mikroborrturbinen ur huvudbrunnen och driva in den i det omgivande berget med en relativt stor arbetsvinkel. Det Ă€r dĂ€rför som IEG-forskarna har utvecklat en speciell avböjningsanordning. Med denna “deflektorsko” kan det kompakta verktyget styras ut ur huvudbrunnen i en vinkel pĂ„ cirka 45 grader. SĂ„ledes öppnar borrverktyget upp nya sprickor och sprickor med varmt vatten runt huvudbrunnen. Att anvĂ€nda hydraultryck innebĂ€r att nĂ€r vattnet pumpas upp rinner vattnet ut ur sprickorna och sprickorna och in i huvudbrunnen.
“Under de senaste mĂ„naderna har vi framgĂ„ngsrikt demonstrerat tekniken i ett proof of concept vid Bedretto Underground Laboratory (BUL) i Schweiz, nĂ€ra Gotthardtunneln. Processen Ă€r redan mycket stabil och pĂ„litlig, sĂ€ger GeiĂler entusiasmerande.
Vy över en nyborrad sidoarm pÄ 346 meter. Mikroborrturbinen frÀste rent granitberget. Kredit: Fraunhofer-Gesellschaft
Ljudinspelningar av borrljudet
FrÄgans betydelse har ocksÄ uppmÀrksammats av politikerna. Sedan mars 2021 har det tyska förbundsministeriet för ekonomi och energi finansierat projektet med över 430 000 euro. Under tiden har Fraunhofer IEG-forskare drivit projektet vidare. NÀsta steg Àr att registrera borrljudet. Ljudet frÄn mikroborrturbinen, vars blad avger ett karakteristiskt pulsmönster under rotation, kan ocksÄ fungera som en akustisk referens för analysen. Genom att analysera ljudinspelningarna Àr det möjligt att avgöra om borren roterar med rÀtt hastighet, har fastnat eller till och med gÄr torr. Ljudet överförs som strukturburet ljud till stÄlrören och registreras pÄ ytan.
Tekniken Ă€r inte bara anvĂ€ndbar för geotermiska tillĂ€mpningar. “I allmĂ€nhet kan MTD anvĂ€ndas i alla djupborrningar dĂ€r det Ă€r viktigt att utforska omrĂ„det kring en brunn med potentiellt heterogena bergarter, till exempel för olje- och gasindustrin. Inom geoteknik eller tunnelkonstruktion, till exempel, kan denna mikroborrningsteknik anvĂ€ndas för att borra ankarhĂ„l i svĂ„rĂ„tkomliga omrĂ„den dĂ€r mĂ€ngden tillgĂ€ngligt utrymme utesluter anvĂ€ndningen av konventionell utrustningâ, förklarar GeiĂler.
En huvudtillĂ€mpning av tekniken, för vilken en patentansökan lĂ€mnades in 2020, Ă€r ââdock sĂ€kerligen utvinning av geotermisk energi. Experter uppskattar att antalet geotermiska kraftverk i Europa kommer att fördubblas under de kommande fem till Ă„tta Ă„ren. Mikroturbinborrning frĂ„n Fraunhofer IEG kan spela en betydande roll för att göra produktionsbrunnar mindre riskfyllda, billigare och Ă€nnu mer effektiva.
Ny syn pÄ djupa bergsprickor för geotermisk energi
TillhandahÄlls av Fraunhofer-Gesellschaft
Citat:Mikroborrturbiner förbÀttrar effektiviteten i geotermiska system (2022, 3 januari)hÀmtad 3 januari 2022frÄn https://techxplore.com/news/2022-01-micro-drilling-turbines-efficiency-geothermal.html
Detta dokument Àr föremÄl för upphovsrÀtt. Bortsett frÄn all rÀttvis handel i syfte att privata studier eller forskning, fÄr ingen del reproduceras utan skriftligt tillstÄnd. InnehÄllet tillhandahÄlls endast i informationssyfte.
