211service.com
Goedkoper geothermie
Onderzoekers bij Nationaal laboratorium Pacific Northwest in Richland, WA, zeggen dat ze een superieur type warmte-extractievloeistof hebben ontwikkeld die de rendabiliteit van de productie van hernieuwbare energie uit geothermische bronnen op lage temperatuur drastisch zou kunnen verbeteren.
Aardwarmte tappen: Een moleculaire weergave van een nanomateriaal ontwikkeld in Pacific Northwest National Laboratory dat de efficiëntie van geothermische energiecentrales kan verbeteren.
Lab-collega Pete McGrail zegt dat de vloeistof wordt gebruikt om de warmte te absorberen van heet water dat van onder de grond naar de warmtewisselaar van een geothermische installatie wordt gepompt. De vloeistof kan de snelheid van warmteopname mogelijk met 20 tot 30 procent verhogen. Onderzoekers ontwikkelden gepatenteerde nanomaterialen die bestaan uit metalen verbonden door organische moleculen. Ze ontdekten dat het toevoegen van nanomaterialen aan een vloeistof zoals hexaan of pentaan de warmtevasthoudende eigenschappen van de vloeistof aanzienlijk verbeterde.
De hoop hier is dat door de efficiëntie zo veel als we denken te verbeteren, een project op veel kleinere diepten economisch kan worden, zegt McGrail. Je zou kunnen inzetten in wat nu zou worden beschouwd als marginale of oneconomische gebieden.
Aan aardwarmte geen gebrek onder onze voeten. Boor diep genoeg en de hitte is er. Een MIT-geleide studie concludeerde uit 2006 dat geothermische energiesystemen het potentieel hebben om tegen 2050 100 gigawatt aan stroom te leveren aan de Verenigde Staten, maar alleen als er nieuwe boor- en steenbreektechnologieën en geavanceerde fabrieksontwerpen verschijnen die de ontwikkelingskosten kunnen verlagen.
Er zijn verbeterde technologieën nodig omdat de meeste economische geothermische centrales tegenwoordig elektriciteit opwekken door stoom of heet water rechtstreeks uit natuurlijk gevormde reservoirs met hoge temperatuur te gebruiken, zoals het Geysers-veld in Californië. De bronnen zijn relatief ondiep, het water is 360 graden Fahrenheit of heter, en de rots is poreus genoeg om het water voldoende te laten circuleren. Geothermische bronnen aanboren op minder ideale locaties vereist het dieper boren en het forceren van breuken in gesteente, die beide enorme kosten met zich meebrengen. Het betekent ook het optimaal benutten van warmtebronnen met een lagere temperatuur, wat wordt bereikt met behulp van binaire-cyclusinstallaties die de warmte uit ondergronds warm water extraheren en hergebruiken in plaats van het warme water rechtstreeks te gebruiken om een turbine te laten draaien.
In deze fabrieken absorbeert water dat in een injectieput wordt gepompt warmte van hete rots en wordt het weer omhoog gepompt door een aparte extractieput bij temperaturen variërend van 150 graden Fahrenheit tot 300 graden Fahrenheit. Het hete water wordt vervolgens door een warmtewisselaar geleid, samen met een vloeistof met een laag kookpunt. Deze vloeistof, die in zijn eigen gesloten kringloop in de plant stroomt, neemt de warmte uit het water op en flitst onder hoge druk in damp. De damp gaat door een turbine, genereert energie en wordt vervolgens gecondenseerd en teruggevoerd door de lus.
McGrail en zijn onderzoeksteam stuitten op een manier om de energieomzettingssnelheid te verhogen wanneer de twee lussen door een warmtewisselaar gaan. Aanvankelijk hadden ze gepatenteerde materialen ontwikkeld voor een ander project om de afvang van kooldioxide die wordt uitgestoten door een fabriek voor fossiele brandstoffen te verbeteren. Ze realiseerden zich dat de materialen opmerkelijke thermodynamische eigenschappen hadden wanneer ze aan een organische vloeistof werden toegevoegd. De nieuwe vloeistof heeft het potentieel om tot 30 procent meer warmte op te vangen uit een gesloten waterkringloop, en vanwege zijn snelle uitzettings- en samentrekkingsvermogen kan het hogere drukken bereiken voor het aandrijven van de turbine.
Het is een van die momenten in het lab waarop je naar de gegevens kijkt en zegt: 'Wauw!', zegt McGrail. Zijn groep heeft een subsidie van $ 1,2 miljoen ontvangen van het programma voor geothermische technologieën van het Department of Energy om een prototype op een tafel te bouwen dat de eigenschappen van de vloeistof in actie laat zien.
Hopelijk krijgen we tegen het einde van het jaar samen een testlussysteem. We zullen een compleet werkende unit samenstellen met warmtewisselaar, compressor, pompen en een turbinesysteem, zodat we het hele proces kunnen zien werken, zegt hij.
Het leeuwendeel van de kosten van geothermie zit in het boren en voorbereiden van productieputten, zegt Susan Petty, chief technology officer van het in Seattle gevestigde AltaRock Energy, een ontwikkelaar van verbeterde geothermische systemen. Als je een efficiëntieverbetering van 20 procent of meer krijgt, is dat 20 procent minder goed, zegt ze. Dat is echt heel belangrijk.
Er zijn echter potentiële showstoppers. Ron DiPippo, emeritus hoogleraar werktuigbouwkunde aan de Universiteit van Massachusetts Dartmouth en medeauteur van het MIT-rapport, waarschuwt dat de verdampte vloeistof door de turbine moet gaan zonder de prestaties te beïnvloeden. Je moet deze dingen echt sceptisch bekijken en een zorgvuldige analyse maken van de eigenschappen van deze vloeistoffen, zegt hij. U kunt aan de ene kant winst hebben en aan de andere kant een opoffering.
Testen hoe de nanomaterialen door de turbine gaan, zal een prioriteit zijn zodra het prototype is ontwikkeld, zegt McGrail. We weten nog niet of het een probleem zal zijn.