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前沿技术 | 二氧化碳作为地热工作流体的研究与示范项目介绍
2024-02-29
地热能
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(转载自公众号地热加)

 

        人类活动排放的二氧化碳等温室气体导致全球变暖,进而造成全球非极地地区冰川消退、海平面上升、海水温度上升、海洋生态环境加剧恶化、全球极端气候事件频发……“气候变化让人类站在事关存亡的十字路口。”

         为了减少二氧化碳排放,全球开始积极应对。

       ·1988年,世界气象组织(WMO)和联合国环境规划署(UNEP)共同创立了政府间气候变化专门委员会(IPCC)。

       ·2005年,IPCC发布《CCUS特别报道》指出二氧化碳捕获、封存与利用(Carbon Dioxide Capture,Utilization and Storage,简称CCUS)技术将对控制大气中二氧化碳浓度具有重要意义。

       ·2018年,IPCC发布《全球升温1.5℃特别报告》之后,CCUS技术关注度再次上升。

       ·目前,CCUS技术已经具有丰富的研究成果。

        为了加强资源利用率并减少地质封存成本,二氧化碳地质利用的方式受到更多青睐。例如,二氧化碳可以作为一种地热工作流体用于地热开发项目,与水基系统相比,二氧化碳的热力学特性更佳。

二氧化碳羽流地热系统(CPGS,CO₂-Plume Geothermal System)的原理是以二氧化碳传热,以高渗透性天然含水层为目标热储层,如下图所示。

 

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         利用CPGS提取地热能,能够在开采地热能的同时,实现二氧化碳的地质封存。

         图中:EOR为二氧化碳驱油计划(Enhanced Oil Recovery),2026年12月31日结束,目前已被EHRP提高油气采收率计划(Enhanced Hydrocarbon Recovery Program)取代,该计划已在2017年1月1日生效。

                                                                研究和示范项目

         二氧化碳作为地热工作流体传导热能的研究,在多个地区开展了相关项目:

                                                                ECO₂GTM项目

        ECO₂GTM是GreenFire Energy的一个项目,已与美国能源部(DOE,Department of Energy)、劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL,Lawrence Berkeley National Laboratory)、劳伦斯利物莫国家实验室(LLNL,Lawrence Livermore National Laboratory)、西北太平洋国家实验室(PNNL,Pacific Northwest National Laboratory)达成了研究合作伙伴关系。ECO₂GTM利用二氧化碳让表现不佳的热液井进行地热发电。示范项目位于加利福尼亚的CosoKGRA,预计将进一步开发20~1 000 MW的地热发电厂商业项目。                             

                        In Salah CCS项目

  In Salah CCS是2004—2011年间投入运营的陆上二氧化碳捕集和封存项目。该项目是BP、Sonatrach和Statoil的合作项目,旨在证明二氧化碳地质封存是具有成本效益的,并通过短期监测提供长期保证。此外,该项目旨在向利益相关者展示二氧化碳的地质封存是可行的温室气体减排方案。在注入过程中,从不同气田提取二氧化碳,用乙醇胺处理、压缩、然后运输和封存在Krechba油田(阿尔及利亚),深度约1.9 km。采用多种地球物理和地球化学方法监测注入,如4D地震、微地震、地下水监测、卫星InSAR数据等。除这些方法外,还开发了收集和评估数据的程序,为监测、建模和验证(MMV,Monitoring,Modelling and Verification)方法提供思路。                            

                    二氧化碳 ReMoVe项目

       Krechba油田总共封存了380万吨二氧化碳。在挪威巴伦支海(Barents Sea)的Snohvit气田,挪威国家石油公司于2008年开始重新注入需要排放的二氧化碳。天然气被泵入位于Melkoya(陆上)的碳捕集厂,用胺将二氧化碳从气体流中分离出来。然后,高浓度二氧化碳流通过管道输送回Snohvit油田(海上),并注入2.6 km深的砂岩地层中。帝国理工学院(Imperial College)与挪威国家石油公司(Statoil)合作,作为二氧化碳ReMoVe项目(第6个框架计划的资助项目)的一部分,利用4D地震勘探分析了短期注入压力动态。到2012年8月,总共注入1 600公吨二氧化碳。

                                                        GEOREACTOR项目

     GEOREACTOR项目的二氧化碳创新技术开发是由中央电力工业研究所(CentralRe-search Institute of the Electric Power Industry)和地球创新技术研究所(Research Institute of Innovative Technology for the Earth)合作完成的。该研发项目由日本经济产业部(Ministry of Economy,Trade & Industry of Japan)资助。2007 年,Ogachi HDR项目(日本)进行了二氧化碳封存的现场试验。现场研究在700~1 100 m的深度注入1 %的溶解二氧化碳,温度为200 ℃。注入物中还含有示踪剂,用于通过与岩石的相互作用研究二氧化碳作为碳酸盐的矿化作用。实验结果证明,在几天内二氧化碳被部分封存在方解石沉淀中。

 

来源:

https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.109331

《国外科技信息》2021-3期(总第127期)—二氧化碳捕集、利用与封存技术


 

 

(转载自公众号地热加)




 

 

 

 

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