À toute vapeur : extraire plus de 65 % de chaleur en plus des réservoirs géothermiques

Les scientifiques de Penn State proposent une méthode pour augmenter l’efficacité énergétique géothermique en contrôlant le débit d’eau avec des matériaux réactifs à la température, augmentant potentiellement l’extraction de chaleur de plus de 65 % en 50 ans.

La chaleur géothermique est une source d’énergie renouvelable prometteuse avec des émissions presque nulles. Cependant, malgré son potentiel, elle reste une option relativement coûteuse pour produire de l’électricité. Des scientifiques de Penn State ont introduit une technique qui pourrait empêcher les « courts-circuits » dans les centrales géothermiques, qui pourraient les amener à arrêter leur production, augmentant ainsi potentiellement leur efficacité.

Ils ont publié le travail dans la revue Énergie.

« La perception du public de la géothermie est que, puisqu’elle est renouvelable, nous devrions pouvoir produire à partir de ces ressources à l’infini », a déclaré l’auteur co-correspondant Arash Dahi Taleghani, professeur d’ingénierie pétrolière à Penn State. « En pratique, ça ne marche pas comme ça. Nous avons proposé ici une solution qui pourrait aider à surmonter un défi majeur dans le domaine.

Défis et innovations

Les systèmes géothermiques améliorés consistent à injecter de l’eau froide dans des roches chaudes et sèches en profondeur. L’eau traverse les fractures de la roche et se réchauffe. Des puits de production pompent ensuite le liquide chauffé vers la surface où une centrale électrique le transforme en électricité.

Cependant, des fractures larges peuvent permettre à de grands volumes d’eau de se déplacer trop rapidement pour se réchauffer suffisamment avant d’atteindre les puits de production. Le liquide de production du refroidisseur a un impact sur l’efficacité de la centrale électrique et peut compromettre l’économie du projet, ont indiqué les scientifiques.

Pour produire des systèmes géothermiques plus efficaces, les chercheurs ont proposé un processus appelé technique de réglage de la conductivité de fracture. Cette approche consiste à empêcher l’eau froide et à permettre à l’eau chaude de s’écouler à travers des fractures – comme celles illustrées ici – dans la roche profondément souterraine. Crédit : Fourni par Arash Dahi Taleghani

« Avec ces projets, vous pouvez réaliser des percées en eau froide », a déclaré Dahi Taleghani. « En gros, l’eau emprunte un raccourci en passant par le réservoir. Et comme l’eau n’a pas la possibilité de chauffer, elle peut court-circuiter le système. »

Les producteurs tentent d’éviter ces raccourcis avant qu’ils ne se forment en ajustant la quantité d’eau qui circule dans le système ou en arrêtant éventuellement la production périodiquement, ont indiqué les scientifiques. Cela signifie que l’usine ne peut pas produire en continu, ce qui constituerait un avantage majeur de la chaleur géothermique par rapport à d’autres sources d’énergie renouvelable comme le solaire et l’éolien.

La solution proposée

Les chercheurs ont plutôt proposé d’ajouter des matériaux ou des produits chimiques au liquide pompé dans le réservoir, ce qui permettrait de contrôler de manière autonome le flux depuis l’intérieur de la roche elle-même. Le processus, appelé technique de réglage de la conductivité des fractures, consiste à ajouter des matériaux dont les propriétés pourraient changer en fonction de la température, empêchant l’eau froide et permettant à l’eau chaude de s’écouler à travers les fractures.

« Toutes ces choses se produisent à l’intérieur de la roche – nous n’y avons aucun accès, et il fait si chaud et la pression est si élevée qu’il est impossible d’y installer une valve ou un capteur », a déclaré Dahi Taleghani. « Mais avec cette méthode, nous pouvons ajouter quelque chose qui agit essentiellement comme un régulateur autonome, réduisant le fluide passant à travers chaque fracture lorsque certaines parties du réservoir refroidissent et le relâchant s’il fait chaud. »

L’objectif est de répartir le flux plus uniformément à travers le réservoir pour balayer plus de chaleur des roches vers les puits de production et d’éviter les raccourcis qui permettent à l’eau plus froide de se précipiter vers les puits de production tandis que la chaleur reste dans les parties sous-utilisées du réservoir, ont déclaré les scientifiques. .

Modélisation et résultats

En utilisant des techniques de modélisation avancées, l’équipe a découvert que le processus pourrait augmenter l’extraction de chaleur cumulée sur un site géothermique amélioré de plus de 65 % sur 50 ans de production et pourrait empêcher l’apparition précoce de percées d’eau froide.

« Ces résultats confirment les améliorations significatives de l’énergie qui peuvent être récoltées en utilisant cette technique », a déclaré le co-auteur Qitao Zhang, doctorant au Département John et Willie Leone d’ingénierie énergétique et minérale et co-auteur de l’article. « Nous proposons une approche efficace en contrôlant le débit en profondeur à l’intérieur du réservoir. »

Les réservoirs présentant une densité de fractures et une connectivité élevées, comme les géologies complexes trouvées dans des contextes réels, pourraient fournir des résultats encore meilleurs, ont déclaré les scientifiques.

L’équipe a développé un cas de terrain en cartographiant les réseaux de fractures d’un affleurement rocheux dans le parc national des Arches dans l’Utah et a découvert que si elle appliquait sa technique à cette géologie du monde réel, elle fournirait une extraction de chaleur supplémentaire de 101 % sur 50 ans. production.

« Cette technologie pourrait être utilisée pour rendre les énergies renouvelables rentables et compétitives par rapport aux autres sources d’énergie », a déclaré Dahi Taleghani. « Cela montre qu’il existe encore d’énormes ressources énergétiques dans le sous-sol que nous pouvons utiliser sans endommager notre environnement. »

Le ministère américain de l’Énergie a soutenu ce travail.