«Ходячий» якорь и плазменный бур обещают дешевую и глубокую геотермальную энергию

Интенсивное тепло под поверхностью Земли представляет собой практически неисчерпаемый источник надежной экологически чистой энергии, которая будет доступна круглосуточно и без выходных из любой точки Земли – ее можно будет использовать в виде пара для запуска генераторных турбин или направить по трубопроводу непосредственно в системы централизованного теплоснабжения.

Вот если бы мы могли до этого добраться. Наиболее легко доступная геотермальная энергия Земли находится там, где она ближе всего к поверхности – обычно это геологически нестабильные районы вблизи вулканов и высокой сейсмической активности, составляющие лишь около 3% поверхности Земли. В противном случае вы не сможете добраться до такой жары, не просверлив милю за милей сверхтвердой породы.

Температура и давление, возникающие при сверхглубоком сверлении, имеют тенденцию в короткие сроки разрушать даже самые качественные сверла. Замена долота означает, что вам придется вытащить буровую головку обратно из-под земли, надеть новую, а затем снова опустить ее в скважину, прежде чем вы сможете начать снова. Этот процесс отнимает много времени, а время — деньги, когда вы арендуете такое оборудование.

В результате геотермальная энергия действительно вносит значительный вклад в энергосистему только в таких местах, как Исландия, Сальвадор, Новая Зеландия и других регионах, где она доступна на меньших глубинах. В глобальном масштабе доля геотермальной энергии составляет менее 100 ГВтч ежегодно в общемировом энергоснабжении объемом 166,7 млн ​​ГВтч.

Словацкая компания GA Drilling ранее была известна как Geothermal Anywhere – и это идеальное воплощение цели компании: сделать геотермальное тепло намного дешевле, быстрее и проще, где бы оно ни было.

GA разработала две ключевые технологии, которые работают с существующей буровой инфраструктурой и оборудованием. Первая — это система шагающих якорей, которую она называет Anchorbit.

В системе Anchorbit позади бурового долота размещаются две секции муфты, каждая из которых имеет выдвижные поршни, способные выдвигаться и захватывать вал бурового ствола. Когда верхняя муфта захватывает отверстие, нижняя выдвигается вниз, ближе к буровому долоту, а затем выдвигает захватывающие поршни, позволяя верхнему воротнику отпуститься, и скользит вниз, навстречу ему. Процесс показан в этом видео:

Эти анкерные муфты стабилизируют буровое долото, предотвращая вибрацию, возникающую при работе вращающегося бурового оборудования на конце многокилометрового кабеля. Они также позволяют прижимать долото к дополнительному весу. GA заявляет, что ожидает, что система Anchorbit не только удвоит скорость проникновения в твердую породу, но и удвоит срок службы существующих буровых долот, позволяя операторам бурить быстрее и дольше, с меньшим количеством дорогостоящих замен долот.

Anchorbit ускорит первые 6 с лишним километров (3,7 миль) бурения, но целевая глубина GA для геотермального тепла больше похожа на 10 км (6,2 мили) под землей. Для достижения этого уровня будет представлена ​​вторая ключевая технология компании – Plasmabit.

Систему Plasmabit снова можно подключить к стандартной буровой установке. Но на этот раз это система импульсного плазменного бурения, которая использует вращающуюся электрическую дуговую горелку для обдувки породы ионизированным газом при температуре 6000 °C (10800 °F), чтобы расколоть и ослабить ее, а также обдувает ее водой под высоким давлением для механического разрушения. удалите осколки породы и отправьте их обратно по трубе на поверхность. По сути, это версия туннелирования плазменного факела на большие расстояния, которое прокладывают ближе к поверхности такие компании, как Petra и Earthgrid.

Поскольку это бесконтактное сверло, необходимости поднимать и заменять сверло практически никогда не возникнет. GA утверждает, что он относительно легко продвинется по твердому граниту до отметки в 10 км, проходя значительно глубже и дешевле, чем обычная буровая установка, и прижигая ствол по ходу дела. На такой глубине в большинстве районов температура может превысить 350 °C (662 °F), что делает вашу скважину пригодной для использования в качестве геотермальной электростанции.

Если вы хотите пойти гораздо глубже, потребуются гораздо более экзотические технологии. Дочернее предприятие Массачусетского технологического института Quaise пытается пробурить скважину на глубину вдвое большую, используя гиротроны, которые изначально были разработаны для перегрева плазмы в экспериментах по термоядерному синтезу. По словам Куэза, погружение на глубину 20 км (12,4 мили) приведет к повышению температуры выше 500 °C (932 °F), что намного превышает точку, при которой вода становится сверхкритической жидкостью. А электростанции, использующие сверхкритически нагретую воду, должны быть в состоянии извлекать до 10 раз больше энергии из заданного объема.