Новые методы бурения и прогрессивные технологии извлечения тепла из недр Земли обещают быстро сделать геотермальную энергетику конкурентоспособным игроком на рынке выработки электричества, уверены учёные из США. Это произойдёт стремительно — всего за пару лет. Прогнозы говорят, что уже в 2027 году стоимость генерации электричества с помощью тепла недр планеты сравняется со стоимостью сегодняшнего электричества «из розетки».
Доклад о перспективах геотермальной энергетики (EGS) представил ведущий специалист в отрасли Роланд Хорн (Roland Horne), профессор энергетики и инженерии Стэнфордского университета (Stanford University). Он начал с того, что исторически доступ к геотермальной энергии был связан исключительно с географическими факторами. Для обычных геотермальных электростанций требуются горячие, проницаемые породы и большое количество подземных жидкостей, что характерно для мест с недавней вулканической активностью, таких как Япония, Новая Зеландия, Филиппины, Кения, Сальвадор, Исландия и западная часть Соединённых Штатов.
Но это было в прошлом. За последние 50 лет придуманные нефтяниками методы бурения и разрыва пластов открыли возможность доступа к теплу недр на большей части планеты, а не только рядом с вулканами. Пока новыми технологиями воспользовались лишь единичные компании, но в них скрыт огромный потенциал для производства электрической энергии в больших масштабах. Сегодня в глобальном масштабе доля геотермальной энергетики по-прежнему составляет менее половины процента. Доля солнечной и ветряной энергии более чем в 25 раз выше, что можно исправить в обозримые сроки.
Для доступа к подземному теплу следует использовать методы бурения, разработанные для добычи сланцевого газа, включая горизонтальное бурение и гидроразрыв пластов. Закачивая в скважины жидкость под большим давлением, нефтяники расширяют существующие в породе трещины и создают новые, за счёт чего происходит приток нефти и других жидкостей к поверхности. В геотермальных системах с улучшенными характеристиками жидкость представляет собой просто горячую воду из естественных подземных резервуаров.
Другие адаптированные методы включают бурение нескольких скважин с одной площадки для повышения эффективности и снижения затрат. Синтетические алмазные буровые коронки, которые могут эффективно проходить через твёрдые породы, также оказались критически важными, позволяя завершить строительство новой геотермальной скважины за несколько недель, а не месяцев. «Ускорение бурения оказывает огромное влияние на экономику EGS в целом», — пояснил учёный.
Согласно проведённым расчётам, более высокая скорость бурения может уже к 2027 году сделать геотермальные системы конкурентоспособными по отношению к системам «наземной» выработки электричества на большей части территории США, что сегодня примерно равно $80 за МВт·ч.
В Калифорнии, которая в настоящее время получает около 5 % электроэнергии из геотермальных источников, авторы подсчитали, что с помощью EGS геотермальная мощность может увеличиться в десять раз и к 2045 году достичь 40 ГВт, что позволит заменить ископаемое топливо в качестве базовой генерации. Таким образом, EGS дополнит нестабильные возобновляемые источники энергии, такие как ветер и солнце, и повысит стабильность безуглеродной энергосистемы.
Но есть один момент, который обязательно нужно учитывать. Как и при гидроразрыве пластов для добычи нефти и газа, дробление глубинных пород для доступа к геотермальным резервуарам может вызвать землетрясения. Для снижения риска катастроф профессор рекомендует не бурить там, где риск землетрясений высокий и где проходят разломы земной коры. Также следует бурить с осторожностью и прекращать работы каждый раз, как только сейсмические события превысят определённый уровень. Если тряска будет не сильной, работы можно не останавливать.
Ещё одним способом избежать землетрясений в местах бурения может быть мягкое нагнетание воды для гидроразрыва — не под высоким давлением, а намного более слабым. «Постепенное закачивание жидкости вместо использования напора под давлением может значительно снизить риск и масштабы индуцированной сейсмической активности», — сказал Хорн.
Учёный и его коллеги надеются, что новое исследование послужит стимулом для дальнейших исследований и разработок EGS как устойчивого и надёжного источника энергии. «EGS может изменить правила игры в производстве экологически чистой энергии не только в Калифорнии, но и по всей территории США и во всём мире, — сказал Хорн. — Безопасное использование внутреннего тепла Земли может существенно повлиять на энергетику нашего будущего».