CEAT 副教授希望改进地热发电的各个方面

Mileva Radonjic 博士是副教授兼萨姆森石油工程投资主席，他的合作项目 “犹他州米尔福德市锻造场的强化地热系统概念测试与开发 “获得了 300 多万美元的资助。

这项由犹他州 FORGE 项目通过犹他大学提供的为期三年的次级接受者奖励是为能源部的一个项目提供的，该项目旨在提高强化地热系统的断裂传导性。

研究团队由多名研究人员组成，包括休斯顿大学的 Christine Ehlig-Economides 博士和 Jeffrey Rimer 博士、劳伦斯-伯克利国家实验室的 Jonny Rutqvist 博士、匹兹堡大学的 Andrew Bunger 博士、俄克拉荷马州立大学石油工程助理教授 Hunjoo Lee 博士和 Radonjic。

了解地热发电

利用地热资源发电需要循环大量的水或超临界二氧化碳（scCO2）。最初，水在地表是凉的，但一旦通过压裂主岩或重新激活现有的天然裂缝注入地下深处，就能从干热岩（如花岗岩）中获取热量。

进入深层地下后，水流通过天然和人工裂缝的组合，在流向第二口井时继续加热。

在流体流向第二口井的过程中，保持这些裂缝对流体流动的传导性至关重要。工作流体随后被抽取回地表。

由于温度很高，流体可以转动蒸汽涡轮机发电。

“Bunger说：”要实现这一目标，需要在人工裂缝中放置颗粒状材料，即支撑剂，在裂缝形成过程中用泵将其泵入泥浆中。

“然而，岩石不仅温度高，而且应力大，化学腐蚀性强，所有这些都会导致支撑剂变质，从而降低以经济发电所需的速度在系统中循环水的能力。

本项目的重点是这一过程中的一个关键环节，即岩石加热水/scCO2 的工程裂缝系统。该团队正在努力创造一种弹性更强的支撑剂，这将使裂缝能够在更长的时间内保持对流体流动的传导性。

研究背后的灵感

该团队的灵感来自材料科学的最新进展以及相关领域新材料的创造。这些材料有可能解决地热系统中支撑剂材料的长期性能等关键问题。

“Bunger说：”例如，石墨烯涂层具有改变表面化学性质的惊人能力，这反过来又改变了材料受环境影响的各个方面。

使用石墨烯的想法来自美国国家科学院工程医学海湾研究计划项目，Radonjic和她的团队在该项目中研究了如何使用石墨烯纳米颗粒来增强井筒堵塞材料。该建议来自长期的行业联系人丹尼尔-布尔（Daniel Bour），石墨烯公司对此表示支持。

诸如此类的发现促使该团队开始探索如何利用先进材料和先进涂层来提高地热储层中支撑剂的长期性能。

这项研究会对全球当地社区产生什么影响？

这项研究可能对社会产生的影响是巨大的。

“Ehlig-Economides说：”地热提供了丰富的可再生能源，可用于供暖和发电。

如果加以利用，房主可以安装地源热泵，从而降低供暖和空调费用。此外，社区还可以评估地热发电的潜力。

“因此，释放这一资源对社会至关重要，”Bunger 说。

该团队不仅致力于推动地热能源的发展，而且还在培养未来的专业人员，作为能源转型劳动力发展的一部分，使他们也能有所作为。每位成员都在各自的工作地点教授各种课程，内容涉及地热能源的具体主题。

“拉多尼奇说：”为了能够研究科学与工程相结合的复杂地下现象，组建多样化的跨学科团队至关重要，这些团队最好来自多个机构，能够带来理论、实验室和实地经验方面的大量知识。

“这个项目汇集了一支优秀的研究团队，将我们的个人能力放大了许多倍。此外，犹他州 FORGE 项目还提供了一个无与伦比的数据、样本和知识交流平台，我们将首先从中受益，并希望随着项目的进展做出贡献。