科学家们提出了一种通过防止“短路”来提高地热发电厂效率的技术。该方法包括在注入岩石裂缝的水中加入特定的物质或化学物质，这些物质或化学物质会对温度变化做出反应，从而控制水流。建模表明，这项技术可以在50年内增加65%以上的热量提取，使地热能更具竞争力和环境友好性。

宾夕法尼亚州立大学的科学家们提出了一种通过co来提高地热能效率的方法用温度反应材料控制水流，在50年内可能增加65%以上的热量提取。

地热是一种很有前途的可再生能源，几乎零排放。然而，尽管有潜力，它仍然是一个相对昂贵的发电选择。宾夕法尼亚州立大学的科学家们介绍了一种技术，可以防止地热发电厂的“短路”，这种短路可能会导致地热发电厂停止生产，从而有可能提高其效率。

他们在《能源》杂志上发表了这项研究。

“公众对地热的看法是，由于它是可再生的，我们应该能够无限地从这些资源中生产，”宾夕法尼亚州立大学石油工程教授Arash Dahi Taleghani说。“实际上，情况并非如此。在这里，我们提出了一个解决方案，可以帮助克服该领域的一个重大挑战。”

挑战与创新

增强型地热系统包括将冷水注入地下深处的干热岩石。水穿过岩石的裂缝并加热，然后生产井将加热的液体泵到地面，在那里发电厂将其转化为电力。

然而，宽裂缝可能会使大量的水在到达生产井之前流动得太快而无法充分加热。科学家们说，较冷的生产液体会影响电厂的效率，并可能危及该项目的经济效益。

为了生产更高效的地热系统，研究人员提出了一种称为裂缝导电性调节技术的方法。这种方法包括防止冷水，并允许热水流经裂缝——就像图中所示——地下深处的岩石。来源:Arash Dahi Taleghani提供

Dahi Taleghani说:“有了这些项目，你可以获得冷水突破。”“基本上，水通过水库走了一条捷径。因为水没有机会加热，它基本上可以使系统短路。”

科学家们说，生产商试图通过调整通过系统循环的水量或可能定期关闭生产来防止这些捷径形成。这意味着工厂不能持续生产，这将是地热比太阳能和风能等其他可再生能源的主要优势。

建议的解决方案

相反，研究人员建议向泵入储层的液体中添加物质或化学物质，从而自动控制岩石内部的流动。这一过程被称为裂缝导电性调节技术，包括添加可以随温度改变性质的材料，阻止冷水进入，并允许热水流过裂缝。

塔莱格尼说:“所有这些都发生在岩石内部，我们无法进入，而且岩石非常热，压力非常高，你无法在那里安装阀门或传感器。”“但通过这种方法，我们可以添加一些类似于自动调节器的东西，当储层的某些部分变冷时，减少流经每个裂缝的流体，如果储层变热，则释放流体。”

科学家们说，这样做的目的是使水流更均匀地分布在整个油藏中，从而将更多的热量从岩石中转移到生产井中，并防止走捷径，让较冷的水涌向生产井，而热量却留在油藏未充分利用的部分。

模型和结果

利用先进的建模技术，研究小组发现，在50年的生产过程中，该过程可以将增强地热站点的累积热量提取增加65%以上，并可以防止冷水突破的早期出现。

“这些发现证实了通过使用这种技术可以收获能源的显着改善，”共同作者张启涛说，他是约翰和威利莱昂能源和矿物工程系的博士候选人，也是该论文的共同作者。“我们提出了一种有效的方法，即控制水库深处的水流。”

科学家们表示，具有高裂缝密度和连通性的储层，就像在现实环境中发现的复杂地质一样，可以提供更好的结果。

该团队通过绘制犹他州拱门国家公园岩石露头的裂缝网络，开发了一个现场案例，并发现如果他们将该技术应用于实际地质情况，那么在50年的生产中，它将提供101%的额外热量提取。

Dahi Taleghani说:“这项技术可以使可再生能源具有成本效益，并与其他能源竞争。”“这表明地下仍然有大量的能源资源，我们可以在不破坏环境的情况下使用。”

参考文献:张奇涛和Arash Dahi Taleghani，《自主裂缝流调节提高裂缝性地热系统效率》，2023年6月22日，《能源》。DOI: 10.1016 / j.energy.2023.128163

美国能源部支持这项工作。