211service.com
Billigare jordvärme
Forskare vid Pacific Northwest National Laboratory i Richland, WA, säger att de har utvecklat en överlägsen typ av värmeextraherande vätska som dramatiskt kan förbättra ekonomin för att producera förnybar kraft från geotermiska resurser med låg temperatur.
Tappning geotermisk: En molekylär representation av ett nanomaterial utvecklat vid Pacific Northwest National Laboratory som kan förbättra effektiviteten hos geotermiska kraftverk.
Laboratoriet Pete McGrail säger att vätskan används för att absorbera värmen från varmvatten som har pumpats från underjorden till en geotermisk anläggnings värmeväxlare. Vätskan kan potentiellt öka värmeavskiljningshastigheten med 20 till 30 procent. Forskare konstruerade egenutvecklade nanomaterial som består av metaller sammanlänkade av organiska molekyler. De fann att tillsats av nanomaterial till en vätska som hexan eller pentan avsevärt förbättrade vätskans värmefångande egenskaper.
Förhoppningen här är att genom att förbättra effektiviteten så mycket som vi tror att vi kan, kan ett projekt bli ekonomiskt på mycket grundare djup, säger McGrail. Du skulle kunna distribuera i vad som nu skulle anses vara marginella eller oekonomiska områden.
Det finns ingen brist på geotermisk energi under våra fötter. Borra tillräckligt djupt och värmen är där. En MIT-ledd studie från 2006 drog slutsatsen att geotermiska kraftsystem har potential att leverera 100 gigawatt kraft till USA till 2050, men bara om ny borr- och bergspräckningsteknik och avancerade anläggningsdesigner dyker upp som kan sänka utvecklingskostnaderna.
Förbättrad teknik krävs eftersom de flesta ekonomiska geotermiska anläggningar idag genererar elektricitet genom att använda ånga eller varmvatten direkt från naturligt bildade högtemperaturreservoarer, såsom Geysers-fältet i Kalifornien. Brunnarna är relativt grunda, vattnet är 360 grader Fahrenheit eller varmare, och berget är tillräckligt poröst för att cirkulera tillräckligt med vatten. Utnyttja geotermiska resurser på mindre idealiska platser kräver borrning djupare och framtvingande sprickor i berg, vilket båda medför enorma kostnader. Det innebär också att man utnyttjar värmeresurser med lägre temperaturer, vilket görs med hjälp av anläggningar med binär cykel som utvinner och återanvänder värmen från underjordiskt varmvatten istället för att använda det heta vattnet direkt för att snurra en turbin.
I dessa anläggningar absorberar vatten som pumpas in i en injektionsbrunn värme från hett berg och pumpas tillbaka upp genom en separat extraktionsbrunn vid temperaturer från 150 grader Fahrenheit till 300 grader Fahrenheit. Det varma vattnet leds sedan genom en värmeväxlare tillsammans med en vätska med låg kokpunkt. Denna vätska, som flödar i sin egen slutna slinga i anläggningen, absorberar värmen från vattnet och förvandlas till ånga under högt tryck. Ångan passerar genom en turbin, genererar kraft, och kondenseras sedan och återvinns tillbaka genom slingan.
McGrail och hans forskarteam snubblade på ett sätt att öka energiomvandlingshastigheten när de två slingorna passerar genom en värmeväxlare. Till en början hade de utvecklat eget material för ett annat projekt för att förbättra avskiljningen av koldioxid som släpps ut från en fossilbränsleanläggning. De insåg att materialen hade anmärkningsvärda termodynamiska egenskaper när de tillsattes till en organisk vätska. Den nya vätskan har potential att fånga upp till 30 procent mer värme från en sluten vattenslinga, och på grund av dess snabba expansions- och sammandragningsförmåga kan den uppnå högre tryck för att driva turbinen.
Det är en av de där ögonblicken i labbet där du tittar på data och säger 'Wow!' säger McGrail. Hans grupp har fått ett bidrag på 1,2 miljoner dollar från Department of Energys geotermiska teknologiprogram för att bygga en bänkprototyp som visar vätskans egenskaper i aktion.
Förhoppningsvis kommer vi att få ihop ett testloopsystem i slutet av året. Vi ska sätta ihop en komplett arbetsenhet med värmeväxlare, kompressor, pumpar och ett turbinsystem så att vi kan se hela processen fungera, säger han.
Lejonparten av kostnaden för geotermisk värme är att borra och förbereda produktionsbrunnar, säger Susan Petty, teknisk chef för Seattle-baserade AltaRock Energy, en utvecklare av förbättrade geotermiska system. Om du ska få 20 procent eller högre effektivitetsförbättring är det 20 procent mindre bra, säger hon. Det är verkligen, verkligen betydelsefullt.
Det finns dock potentiella showstoppers. Ron DiPippo, professor emeritus i maskinteknik vid University of Massachusetts Dartmouth och medförfattare till MIT-rapporten, varnar för att den förångade vätskan måste passera genom turbinen utan att påverka prestandan. Man måste verkligen se på dessa saker skeptiskt och göra en noggrann analys av egenskaperna hos dessa vätskor, säger han. Du kan ha en vinst på ena sidan och en uppoffring i andra änden.
Att testa hur nanomaterialen passerar genom turbinen kommer att vara en prioritet när prototypen är utvecklad, säger McGrail. Vi vet inte om det kommer att bli ett problem än.