Новая геотермальная эра: Quaise Energy возрождает технологии 1914 года

Компания Quaise Energy привлекает внимание своими передовыми планами по освоению сверхглубоких источников перегретого пара для глобального энергоснабжения. Для реализации этих амбициозных целей компания обращается к технологиям столетней давности, адаптируя их для энергетики будущего.

Геотермальная энергия обладает огромным потенциалом для обеспечения человечества практически неограниченной энергией, однако ее широкое использование затруднено. Эффективная добыча возможна лишь в немногих местах, где подземные источники тепла расположены достаточно близко к поверхности.

Quaise Energy предлагает обойти это ограничение, добираясь непосредственно до источника тепла на больших глубинах. Компания планирует использовать гибридную технологию бурения, сочетающую традиционный роторный бур и гиротронный энергетический луч, чтобы проникнуть на глубину до 20 километров. На такой глубине породы земной коры разогреты до 500 °C.

Такой подход не только сделает геотермальную энергию доступной практически в любом месте, за исключением высоких горных хребтов, но и предоставит дополнительные преимущества. На глубине 20 км при температуре 500 °C вода переходит в сверхкритическое состояние. Это происходит, когда температура превышает 373,9 °C, а давление — 218 атмосфер. В этом состоянии вода не является ни жидкостью, ни газом, а представляет собой единую гомогенную фазу, свойства которой меняются между «почти жидкостью» и «почти газом» в зависимости от текущих условий.

Сверхкритическая вода обладает уникальными свойствами: ее вязкость ниже, чем у жидкой воды, но выше, чем у пара, что улучшает гидродинамику в турбинах и теплообменниках. Теплопроводность ниже, чем у воды, но выше, чем у сухого пара, что способствует эффективной передаче тепла. При снижении давления она очень быстро расширяется, а ее удельная теплоемкость резко изменяется вблизи критической точки, обеспечивая эффективное поглощение энергии. Это дает сверхкритической воде более высокую тепловую эффективность и способность переносить до 10 раз больше энергии по сравнению с обычной водой или паром. Кроме того, она способна растворять соли и другие примеси, очищая трубы, по которым течет.

Однако использование энергии из столь глубоких источников сопряжено с трудностями. Хотя технологии работы со сверхкритической водой хорошо отработаны в энергетике и промышленности, существующие геотермальные системы рассчитаны на значительно более низкие температуры — от 100 до 250 °C. Подъем сверхкритической воды с глубины, превышающей высоту Эвереста более чем в два раза, является сложной задачей.

При подъеме на поверхность часть высокой тепловой энергии сверхкритической воды может теряться из-за фазовых переходов и снижения массового расхода. Тем не менее, даже если вода достигнет поверхности с температурой 350 °C, эффективность такой системы будет на порядок выше, чем у традиционных геотермальных электростанций.

Для решения этой проблемы Quaise Energy обратилась к опыту первой геотермальной электростанции Лардерелло-1, запущенной в Италии в 1914 году. Та станция использовала двухконтурную систему: один контур с водой собирал тепло глубоко под землей, а второй контур передавал это тепло турбинам на поверхности через теплообменник. Такая схема защищала генерирующее оборудование от коррозионно-активной воды из недр.

Современные геотермальные системы с теплообменниками часто используют во втором контуре органические вещества с низкими температурами кипения (бензол, пентан, бутан). Quaise Energy, работая с гораздо более горячей водой, предлагает вернуться к использованию воды в обоих контурах, как на заре геотермальной энергетики.

Представители компании утверждают, что такой подход не только сделает их систему практически осуществимой, но также будет более экономичным и экологичным, поскольку исключает использование токсичных химикатов.

Дэниел В. Дихтер из Quaise Energy заявляет, что применения этой технологии разнообразны — от электростанций до районного отопления и бытовых тепловых насосов, и что в эту область приходит много новых специалистов со свежим взглядом. Он добавляет, что в геотермальной энергетике сейчас происходит настоящий ренессанс.