Un outil Internet qui recherche sous terre une supply d’énergie renouvelable économiquement viable

L’énergie géothermique est très prometteuse en tant que supply d’énergie renouvelable qui ne dépend pas du soleil ou du vent, mais elle se heurte à certains défis qui empêchent une adoption généralisée. L’un de ces défis est qu’il existe un nombre limité d’endroits aux États-Unis qui présentent naturellement les bonnes stipulations : des roches chaudes relativement proches de los angeles floor qui contiennent une quantité abondante d’eau souterraine pour le chauffage.

Los angeles géothermie en boucle fermée est une méthode consistant à utiliser des roches chaudes et sèches pour chauffer des fluides en stream afin de produire de l’électricité ou pour chauffer directement des bâtiments, une méthode qui est reconsidérée après avoir été rejetée dans les années 1980 comme trop inefficace. Une équipe composée d’mavens de plusieurs laboratoires nationaux a récemment achevé un effort de deux ans pour développer un modèle informatique de systèmes géothermiques en boucle fermée.

L’un des principaux défis de los angeles géothermie en boucle fermée est de construire un système succesful d’extraire suffisamment de chaleur des profondeurs de los angeles Terre pour être rentable, a déclaré Mario Martinez, ingénieur en mécanique et chercheur important du projet aux Laboratoires nationaux Sandia.

“Los angeles floor inférieure, les roches, devient de plus en plus chaude à mesure que vous allez en profondeur, donc cela vaut los angeles peine d’aller plus en profondeur”, a déclaré Martinez, qui a récemment pris sa retraite. «Cette eau chaude peut être utilisée pour le chauffage urbain, vous pouvez donc l’utiliser pour chauffer des maisons et des bâtiments, ou pour produire de l’électricité.»

Sandia a dirigé los angeles modélisation informatique du système souterrain, tandis que le Laboratoire nationwide des énergies renouvelables a utilisé les résultats numériques pour estimer los angeles faisabilité économique du système grâce à los angeles centrale électrique en floor et au modèle économique. L’ensemble du projet a été dirigé par le Pacific Northwest Nationwide Laboratory et l’ingénieur en mécanique Mark White.

Anastasia Bernat, knowledge scientist au PNNL, a combiné les modèles Sandia et NREL dans un outil Internet out there au public pour permettre aux développeurs rookies et aux investisseurs en capital-risque d’explorer los angeles faisabilité économique de diverses conceptions de systèmes géothermiques en boucle fermée.

L’Idaho Nationwide Laboratory a partagé des variantes d’un prototype de système géothermique au laboratoire et a étudié diverses améliorations potentielles des systèmes géothermiques en boucle fermée pour améliorer leur faisabilité économique.

Les chercheurs ont partagé leurs découvertes sous los angeles forme d’un article récemment publié dans los angeles revue Géothermie.

Vérification robuste des paramètres

L’équipe Sandia a examiné deux configurations de base pour les systèmes géothermiques en boucle fermée. L’un d’eux s’appelle un tube en U, où l’eau froide est pompée dans un tube vertical profond, qui s’étend ensuite horizontalement sur une certaine distance à une profondeur où les roches sont chaudes, puis arrive à un endroit différent, a expliqué Martinez.

L’autre, appelé tube dans tube, consiste à pomper de l’eau froide le lengthy de los angeles couche externe du tube jusqu’à une certaine profondeur, puis le tube fait un excursion de 90 degrés et s’étend sur une distance horizontale à cette profondeur. L’eau chaude atteint ensuite l’extrémité du tube et est poussée dans le tube intérieur pour revenir comme elle est arrivée.

L’équipe Sandia a examiné des profondeurs allant de 0,6 mille à un peu plus de 3 milles, ainsi que des distances parcourues à cette profondeur d’environ 0,6 mille à 12,5 milles. Martinez a déclaré qu’ils avaient examiné plusieurs facteurs différents, dont l’un était de savoir s’il fallait faire circuler de l’eau ou du dioxyde de carbone supercritique, un gaz soumis à une telle pression qu’il se comporte comme un liquide et peut absorber plus de chaleur.

Ils ont également examiné los angeles température du fluide s’écoulant dans le puits et los angeles rapidité avec laquelle le fluide était pompé. D’autres paramètres qu’ils ont étudiés comprenaient los angeles rapidité avec laquelle los angeles roche se réchauffait avec los angeles profondeur, los angeles manière dont los angeles roche transférait los angeles chaleur au fluide circulant dans le tube et los angeles taille du diamètre du tube.

L’équipe Sandia a utilisé un logiciel de simulation mécanique appelé Sierra et le programme d’analyse paramétrique Dakota pour examiner tous les différents paramètres, a déclaré Yaro Vasiliev, informaticien chez Sandia qui a développé les codes Sierra et a participé à ce projet.

“Nous avons modifié sept paramètres et calculé les températures et pressions correspondantes à los angeles sortie”, a déclaré Vasiliev. “Vous pouvez intégrer cela dans un modèle hors sol qui calcule le coût actualisé du chauffage et le coût actualisé de l’électricité, sur lequel le Laboratoire nationwide des énergies renouvelables a travaillé.”

Un modèle simplifié qui simule des dizaines de systèmes

L’utilisation d’un modèle numérique simplifié plutôt qu’une représentation 3-D complète et l’exécution des calculs sur des clusters de calcul haute efficiency à Sandia ont permis aux chercheurs de modéliser plusieurs tens of millions de combinaisons de paramètres, a déclaré Martinez.

“Une partie de los angeles nouveauté de ce travail réside dans le fait que nous pouvons analyser de nombreuses stipulations différentes, de nombreux paramètres différents pour ces deux fluides et pour ces deux conceptions – le tube en U et le tube dans un tube”, a-t-il déclaré.

Les chercheurs de Sandia ont également réalisé une modélisation plus longue des systèmes géothermiques dans des roches perméables avec des eaux souterraines, où un transfert de chaleur par convection supplémentaire entraîne un transfert de chaleur plus rapide et plus soutenu des roches vers le fluide en stream. Ils ont constaté que ce transfert de chaleur accru améliorait également los angeles viabilité économique du système géothermique en boucle fermée.

“Los angeles roche humide est meilleure, et elle peut être un peu meilleure, mais il n’y a pas beaucoup d’endroits qui présentent naturellement ces stipulations”, a déclaré Martinez.

Les chercheurs de Sandia ont examiné plusieurs améliorations potentielles du système, telles que le revêtement du puits avec un ciment hautement conducteur thermique. Martinez a déclaré qu’ils avaient trouvé qu’il serait préférable d’agrandir le tube. Martinez a déclaré qu’ils ont également découvert que leur modèle pouvait se rapprocher de l’efficacité d’une formation géothermique more than one, ou “araignée”, en cartographiant simplement l’étendue horizontale de l’outil sur l’étendue totale de toutes les jambes.

“Nous avons posé los angeles query : quel est le coût de forage nécessaire pour atteindre l’objectif du DOE d’ici 2035 en matière de coût actualisé de l’électricité pour les systèmes géothermiques améliorés ?”, a déclaré Vasiliev. “Cet objectif est de 45 $ par mégawattheure. Nous avons constaté que pour atteindre cet objectif en utilisant des systèmes en boucle fermée dans des roches chaudes et sèches, une réduction très significative du coût de forage serait nécessaire.”