سامانه زمین‌گرمایی بهبودیافته

بندانگشتی|'''سامانه بهبودیافته زمین‌گرمایی:''' ۱ مخزن، ۲ موتورخانه پمپ، ۳ مبدل حرارتی، ۴ سالن توربین، ۵ چاه تولید، ۶ چاه تزریق، ۷ آب گرم برای گرمایش منطقه‌ای، ۸ رسوبات متخلخل، ۹ چاه مشاهده، ۱۰ بستر سنگی بلورین

یک **سامانه زمین‌گرمایی بهبودیافته** (به انگلیسی: Enhanced geothermal system) بدون نیاز به منابع هیدروترمال (آب‌گرمایی) همرفتی طبیعی، برق زمین‌گرمایی تولید می‌کند. به‌طور سنتی، سیستم‌های قدرت زمین‌گرمایی تنها در مکان‌هایی عمل می‌کردند که گرما، آب و نفوذپذیری سنگ به صورت طبیعی و به اندازه کافی برای استخراج انرژی وجود داشت. با این حال، بیشتر انرژی زمین‌گرمایی که در دسترس تکنیک‌های مرسوم است، در سنگ‌های خشک و نفوذناپذیر قرار دارد. فناوری‌های EGS دسترسی به منابع زمین‌گرمایی را از طریق روش‌های تحریک، مانند «تحریک هیدرولیکی» گسترش می‌دهند.

## بررسی اجمالی
در بسیاری از سازندهای سنگی، شکاف‌ها و منافذ طبیعی اجازه جریان آب با نرخ اقتصادی (مقرون‌به‌صرفه) را نمی‌دهند. نفوذپذیری را می‌توان با «برش هیدرولیکی» (Hydro-shearing)، یعنی پمپاژ آب با فشار بالا به پایین یک چاه تزریق به درون سنگ‌هایی که به‌طور طبیعی دارای شکستگی هستند، افزایش داد. این تزریق باعث افزایش فشار سیال در سنگ شده و رویدادهای برشی را تحریک می‌کند که ترک‌های موجود را گسترش داده و نفوذپذیری سایت را افزایش می‌دهد. تا زمانی که فشار تزریق حفظ شود، نیازی به نفوذپذیری بالا نیست و همچنین نیازی به پروپانت‌های شکست هیدرولیکی برای باز نگه داشتن شکستگی‌ها وجود ندارد.

برش هیدرولیکی با شکست کششی هیدرولیکی (Hydraulic tensile fracturing) که در صنعت نفت و گاز استفاده می‌شود متفاوت است؛ چرا که دومی علاوه بر گسترش شکستگی‌های موجود، می‌تواند شکستگی‌های جدیدی ایجاد کند.

آب از میان شکستگی‌ها عبور کرده و گرما را جذب می‌کند تا زمانی که به عنوان آب داغ به سطح زمین رانده شود. گرمای آب با استفاده از یک توربین بخار یا یک سیستم نیروگاه چرخه دوگانه به برق تبدیل می‌شود که باعث خنک شدن آب می‌گردد. آب دوباره به داخل زمین چرخه می‌شود تا این فرایند تکرار گردد.

نیروگاه‌های EGS منابع بار پایه هستند که نیرو را با نرخ ثابتی تولید می‌کنند. برخلاف هیدروترمال، EGS ظاهراً بسته به عمق منبع، در هر نقطه از جهان امکان‌پذیر است. مکان‌های مناسب معمولاً روی گرانیت عمیق پوشیده شده توسط یک لایه ۳ تا ۵ کیلومتر از رسوبات عایق قرار دارند که اتلاف حرارت را کند می‌کنند.

تکنیک‌های پیشرفته حفاری می‌توانند در سنگ‌های بلورین سخت تا اعماق ۱۵ کیلومتر یا بیشتر نفوذ کنند و دسترسی به سنگ‌های با دمای بالاتر (۴۰۰ درجه سانتی‌گراد و بالاتر) را فراهم نمایند، زیرا دما با افزایش عمق زیاد می‌شود.

انتظار می‌رود نیروگاه‌های EGS دارای عمر اقتصادی ۲۰ تا ۳۰ سال باشند.

سیستم‌های EGS در استرالیا، فرانسه، آلمان، ژاپن، سوئیس و ایالات متحده آمریکا در حال توسعه هستند. بزرگ‌ترین پروژه EGS جهان یک نیروگاه نمایشی ۲۵ مگاواتی در حوضه کوپر (Cooper Basin)، استرالیا است. حوضه کوپر پتانسیل تولید ۵۰۰۰ تا ۱۰٬۰۰۰ مگاوات برق را دارد.

## تحقیق و توسعه
بندانگشتی|ایستاده=2|نقشه ۶۴ پروژه EGS در سراسر جهان
فناوری‌های EGS از روش‌های متنوعی برای ایجاد مسیرهای جریان اضافی استفاده می‌کنند. پروژه‌های EGS روش‌های تحریک هیدرولیکی، شیمیایی، حرارتی، مبتنی بر کربن و انفجاری را با هم ترکیب کرده‌اند. برخی از پروژه‌های EGS در لبه‌های سایت‌های هیدروترمال (آب‌گرمایی) فعالیت می‌کنند؛ جایی که چاه‌های حفر شده با سنگ‌های مخزن داغ اما نفوذناپذیر برخورد می‌کنند. روش‌های تحریک، این نفوذپذیری را افزایش می‌دهند. جدول زیر پروژه‌های EGS در سراسر جهان را نشان می‌دهد.

### استرالیا
دولت استرالیا بودجه تحقیقاتی برای توسعه فناوری «سنگ خشک داغ» (Hot Dry Rock) فراهم کرده است. پروژه‌ها شامل هانتر ولی (۱۹۹۹)، حوضه کوپر: هابانرو (۲۰۰۲)، حوضه کوپر: جولوکیا ۱ (۲۰۰۲) و المپیک دم (۲۰۰۵) هستند.

### اتحادیه اروپا
پروژه تحقیق و توسعه EGS اتحادیه اروپا در سولس-سو-فوره، فرانسه، یک نیروگاه نمایشی ۱٫۵ مگاواتی را به شبکه متصل می‌کند. پروژه سولتس اتصال چندین منطقه تحریک شده و عملکرد پیکربندی چاه‌های سه‌گانه (۱ تزریق‌کننده / ۲ تولیدکننده) را مورد بررسی قرار داد. سولس در آلزاس قرار دارد. لرزه‌خیزی القایی در بازل منجر به لغو پروژه EGS در آنجا شد.

دولت پرتغال در دسامبر ۲۰۰۸ مجوز انحصاری اکتشاف و کاوش انرژی زمین‌گرمایی را در یکی از بهترین مناطق در پرتغال قاره‌ای به شرکت Geovita Ltd اعطا کرد. Geovita در حال مطالعه منطقه‌ای به مساحت حدود ۵۰۰ کیلومتر مربع با همکاری گروه علوم زمین دانشکده علوم و فناوری دانشگاه کویمبرا است.

### کره جنوبی
پروژه EGS پوهانگ در دسامبر ۲۰۱۰ با هدف تولید ۱ مگاوات آغاز شد.

زمین‌لرزه ۲۰۱۷ پوهانگ ممکن است با فعالیت پروژه EGS پوهانگ مرتبط بوده باشد. تمام فعالیت‌های تحقیقاتی در سال ۲۰۱۸ متوقف شد.

### بریتانیا
### ایالات متحده آمریکا
#### روزهای آغازین — فنتون هیل
نخستین تلاش در زمینه EGS — که در آن زمان «سنگ خشک داغ» (Hot Dry Rock) نامیده می‌شد — در «فنتون هیل»، نیومکزیکو طی پروژه‌ای توسط آزمایشگاه فدرال لس‌آلاموس انجام شد. این نخستین تلاش برای ساخت یک مخزن عمیق EGS در مقیاس کامل بود.

مخزن EGS در فنتون هیل در سال ۱۹۷۷ در عمق حدود ۲٫۶ کیلومتری و با بهره‌گیری از دمای سنگ ۱۸۵ درجه سانتی‌گراد تکمیل شد. در سال ۱۹۷۹، این مخزن با تحریک هیدرولیکی اضافی گسترش یافت و حدود یک سال مورد بهره‌برداری قرار گرفت. نتایج نشان داد که می‌توان گرما را با نرخ‌های معقول از یک منطقه سنگ‌های بلورین داغ با نفوذپذیری کم که به صورت هیدرولیکی تحریک شده‌اند، استخراج کرد. در سال ۱۹۸۶، دومین مخزن برای آزمایش گردش هیدرولیکی اولیه و استخراج گرما آماده شد. در یک آزمایش جریان ۳۰ روزه با دمای تزریق مجدد ثابت ۲۰ درجه سانتی‌گراد، دمای تولید به‌طور پیوسته تا حدود ۱۹۰ درجه سانتی‌گراد افزایش یافت که معادل سطح توان حرارتی حدود ۱۰ مگاوات بود. کاهش بودجه منجر به پایان این مطالعه شد.

#### ۲۰۰۰–۲۰۱۰
در سال ۲۰۰۹، وزارت انرژی ایالات متحده (USDOE) دو «اطلاعیه فرصت تأمین مالی» (FOA) مرتبط با سامانه‌های زمین‌گرمایی بهبودیافته صادر کرد. این دو اطلاعیه در مجموع تا ۸۴ میلیون دلار را طی شش سال پیشنهاد می‌دادند.

وزارت انرژی در سال ۲۰۰۹ اطلاعیه دیگری را با استفاده از بودجه محرک «قانون بهبود و سرمایه‌گذاری مجدد آمریکا» به مبلغ ۳۵۰ میلیون دلار باز کرد که شامل ۸۰ میلیون دلار اختصاص‌یافته به پروژه‌های EGS بود.

#### فورج (FORGE)
#### دانشگاه کرنل — ایتاکا، نیویورک
توسعه EGS در همراهی با یک سیستم گرمایش منطقه‌ای، بخشی از «برنامه اقدام اقلیمی» دانشگاه کرنل برای پردیس ایتاکا است. این پروژه در سال ۲۰۱۸ برای تعیین امکان‌سنجی، جذب بودجه و پایش لرزه‌خیزی پایه آغاز شد. این پروژه مبلغ ۷٫۲ میلیون دلار بودجه از USDOE دریافت کرد. قرار بود یک چاه آزمایشی در بهار ۲۰۲۱ تا عمق ۲٫۵ تا ۵ کیلومتر با هدف رسیدن به سنگی با دمای بیش از ۸۵ درجه سانتی‌گراد حفر شود. برنامه‌ریزی شده است که این سایت ۲۰٪ از بار گرمایشی سالانه پردیس را تأمین کند. مکان‌های زمین‌شناسی امیدبخش برای مخزن در «سازند ترنتون-بلک ریور» (۲٫۲ کیلومتر) یا در سنگ بستر بلورین (۳٫۵ کیلومتر) پیشنهاد شدند. چاه عمیق ۲ مایلی در سال ۲۰۲۲ تکمیل شد.

#### «ارث‌شات» (Earthshot) سامانه‌های زمین‌گرمایی بهبودیافته
در سپتامبر ۲۰۲۲، «دفتر فناوری‌های زمین‌گرمایی» در دفتر بهره‌وری انرژی و انرژی‌های تجدیدپذیر وزارت انرژی، یک «ارث‌شات زمین‌گرمایی بهبودیافته» (Enhanced Geothermal Shot) را به عنوان بخشی از کمپین «انرژی ارث‌شات» خود اعلام کرد. هدف این برنامه کاهش هزینه EGS تا ۹۰٪ و رسیدن به ۴۵ دلار بر مگاوات‌ساعت تا سال ۲۰۳۵ است.

#### سایر بودجه‌ها و حمایت‌های فدرال
«قانون سرمایه‌گذاری زیرساخت و مشاغل» مبلغ ۸۴ میلیون دلار را برای حمایت از توسعه EGS از طریق چهار پروژه نمایشی تصویب کرد. «قانون کاهش تورم»، اعتبار مالیاتی تولید (PTC) را برای منابع انرژی تجدیدپذیر (از جمله زمین‌گرمایی) تا سال ۲۰۲۴ تمدید کرد و انرژی زمین‌گرمایی را در PTC جدید «برق پاک» که از سال ۲۰۲۴ آغاز می‌شود، گنجاند.

## لرزه‌خیزی القایی

لرزه‌خیزی القایی به لرزش‌های زمین گفته می‌شود که ناشی از فعالیت‌های انسانی است. لرزه‌خیزی در EGS به دلیل فشارهای بالا معمول است. رویدادهای لرزه‌خیزی در میدان زمین‌گرمایی گیزرز (The Geysers) در کالیفرنیا با فعالیت تزریق همبستگی دارند.

لرزه‌خیزی القایی در بازل باعث شد شهر پروژه خود را به حالت تعلیق درآورد و بعداً آن را لغو کند.

طبق گفته دولت استرالیا، خطرات مرتبط با «لرزه‌خیزی ناشی از شکست هیدرولیکی (هیدروفرکینگ) در مقایسه با زمین‌لرزه‌های طبیعی پایین است و با مدیریت و پایش دقیق قابل کاهش می‌باشد» و «نباید به عنوان مانعی برای توسعه بیشتر در نظر گرفته شود». لرزه‌خیزی القایی از سایتی به سایت دیگر متفاوت است و باید پیش از تزریق سیال در مقیاس بزرگ ارزیابی شود.

## پتانسیل EGS
### ایالات متحده آمریکا
بندانگشتی|ایستاده=1.5|فناوری‌های برق زمین‌گرمایی.
گزارشی در سال ۲۰۰۶ توسط MIT که با بودجه وزارت انرژی ایالات متحده آمریکا تهیه شده بود، جامع‌ترین تحلیل تا آن زمان را در مورد EGS انجام داد. این گزارش چندین نتیجه‌گیری مهم ارائه کرد:
* اندازه منبع: این گزارش کل منابع EGS ایالات متحده در عمق ۳ تا ۱۰ کیلومتری را بیش از ۱۳٬۰۰۰ زتاژول محاسبه کرد که از این مقدار بیش از ۲۰۰ زتاژول قابل استخراج بود و با فناوری بهتر پتانسیل افزایش به بیش از ۲٬۰۰۰ زتاژول را داشت. این گزارش اعلام کرد که منابع زمین‌گرمایی، شامل هیدروترمال و منابع تحت فشار زمین (geo-pressured)، برابر با ۱۴٬۰۰۰ زتاژول هستند — یعنی تقریباً ۱۴۰٬۰۰۰ برابر مصرف انرژی اولیه ایالات متحده در سال ۲۰۰۵.
* پتانسیل توسعه: با سرمایه‌گذاری ۱ میلیارد دلاری در تحقیق و توسعه طی ۱۵ سال، این گزارش برآورد کرد که ۱۰۰ گیگاوات برق (GWe) یا بیشتر می‌تواند تا سال ۲۰۵۰ در ایالات متحده در دسترس باشد. گزارش همچنین دریافت که منابع «قابل بازیابی» (قابل دسترسی با فناوری امروز) بین ۱٫۲ تا ۱۲٫۲ تراوات برای سناریوهای محافظه‌کارانه و متوسط متغیر است.
* هزینه: گزارش ادعا کرد که EGS می‌تواند برق را با قیمت پایین ۳٫۹ سنت بر کیلووات‌ساعت تولید کند. مشخص شد که هزینه‌های EGS به چهار عامل اصلی حساس هستند:
*# دمای منبع
*# جریان سیال در سیستم
*# هزینه‌های حفاری
*# بازده تبدیل توان

## جستارهای وابسته
* حفاری
* دکل حفاری
* حفاری لیزری

## منابع

## پیوند به بیرون
* دفتر بهره‌وری انرژی و انرژی‌های تجدیدپذیر:
** اصول زمین‌گرمایی
** سنگ خشک داغ (HDR)
** یک سامانه زمین‌گرمایی بهبودیافته چگونه کار می‌کند
* آزمایشگاه ملی انرژی تجدیدپذیر: نقشه داده‌های تعاملی - ابزار کاوشگر زمین‌گرمایی (بخش Geothermal - Deep Enhanced Geothermal Potential را ببینید)
* دی‌ال‌ای پایپر می‌گوید سرمایه‌گذاری زمین‌گرمایی غوغا می‌کند 
* MEGSorg
* EGS
* Project Innerspace

رده:انرژی زمین‌گرمایی
رده:فناوری‌های نیروگاه
رده:ماشین‌کاری