Лучшие инструменты данных для большего геотермального будущего

Для полной реализации потенциала использования энергии из тепла Земли потребуется гораздо более детальное понимание происходящих в недрах процессов, чем есть у учёных сейчас. Помимо природных геотермальных систем, созданные человеком аналогичные системы (EGS) могли бы, по некоторым консервативным оценкам, производить в общей сложности 100 гигаватт конкурентоспособной электроэнергии в течение следующих 50 лет. Но для этого энергетическим компаниям понадобятся сложные системы сбора и анализа данных о механике горных пород и гидрологии.

Геологи и инженеры Университета Висконсин-Мэдисон совместно с промышленными партнерами и Министерством энергетики США (DOE) работают над интеграцией нескольких подходов к сбору данных в высокодетальную систему мониторинга геотермальных скважин. Команда, включающая профессора Курта Файгля и доцента Данте Фратта, а также Майка Кардиффа, Клиффа Тербера и Херба Ванга, развернула работы на геотермальном месторождении Брейди-Хот-Спрингс в Неваде, используя комбинацию спутниковых методов и волоконно-оптических кабелей. Исследователи превратили это относительно небольшое месторождение в испытательный полигон для системы, которую в идеале можно масштабировать для более крупных и глубоких объектов.

По словам Файгля, это первый проект в Северной Америке, использующий волокно-оптические кабели для измерения свойств горных пород на геотермальном месторождении, хотя в нефтеразведке эта технология применяется часто. "Найти нефть под землей сложно, но в геотермальных скважинах задача — найти горячую воду", — говорит он.

За последние пять-шесть лет прогресс в технологии волоконно-оптических кабелей позволил получать невероятно детальные сейсмические и температурные данные. Кабели генерируют новые данные примерно 500 раз в секунду, выдавая около терабайта данных в день. "У нас есть один канал на каждый метр, тогда как при типичном сейсмическом исследовании был бы один канал на каждые 30 или 40 метров", — отмечает Джо Грир, менеджер по развитию бизнеса компании Silixa, одного из промышленных партнеров проекта.

Сфера проекта простирается от фундаментальных геологических исследований до максимизации производства электроэнергии из геотермальных скважин. Файгль подчеркивает, что о трещинах и деформациях в породах предстоит ещё многое узнать. Эта информация, в свою очередь, поможет DOE и партнерам Silixa и Ormat Technologies отслеживать путь горячей воды через сложный подземный ландшафт и достичь долгосрочной цели — более широкой коммерциализации усиленных (инженерных) геотермальных систем (EGS).

EGS — это созданные человеком геотермальные скважины, которые формируются путём закачки дополнительной жидкости в естественно нагретые участки породы, не насыщенные флюидом. Этот процесс раскрывает существующие трещины в породе, позволяя воде циркулировать и переносить геотермальное тепло для преобразования в электричество.

"У нас есть реальная возможность создавать более эффективные резервуары, что может привести к более широкому внедрению EGS", — говорит Лорен Бойд, руководитель программы EGS в DOE. "Мы должны понять, как выглядит наша сеть трещин, прежде чем пытаться создать резервуар".

Грир также указывает на динамическую природу резервуаров EGS и связанную с этим потребность в анализе, насыщенном данными. "У волоконной оптики есть одно большое преимущество: если вы хотите вернуться и посмотреть снова в ходе повторного исследования, заново визуализировать и увидеть, что изменилось, вы можете устранить множество ошибок", — поясняет он.

Бойд и её коллеги отмечают, что DOE решило финансировать проект отчасти из-за уникального сочетания компетенций команды UW-Madison в геонауках и анализе данных.