Sistem Panas Bumi yang Ditingkatkan Menggunakan Teknologi Minyak Dan Gas Untuk Menambang Energi Rendah Karbon. Bagian 1.

Departemen Energi AS (DOE) telah mendanai sebuah proyek yang disebut FORGE di mana batu granit panas akan dibor dan difracking menggunakan teknologi minyak dan gas terbaik. Tujuan keseluruhannya adalah untuk melihat apakah air yang dipompa ke satu sumur dapat disirkulasikan melalui granit dan dipanaskan sebelum dipompa ke sumur kedua untuk menggerakkan turbin yang menghasilkan listrik.

John McLennan, Departemen Teknik Kimia, Universitas Utah, adalah peneliti utama untuk proyek DOE ini. Presentasi webinar tentang topik ini disponsori oleh NSI pada 6 April 2022: Frontier Observatory for Research in Geothermal Energy (FORGE): Pembaruan dan Pandangan ke Depan

Berikut ini adalah pertanyaan yang diajukan kepada John McLennan, dan jawabannya.

+++++++++++++++++++++++++++++++++++++

Q1. Bisakah Anda memberikan sejarah singkat tentang energi panas bumi?

Dari pekerjaan awal di Larderello di Italia, pada awal 1900-an, energi panas bumi (untuk pembangkit listrik dan penggunaan langsung) telah diperluas ke kapasitas pembangkit listrik 15.6 GWe (GigaWatt listrik) pada tahun 2021. Pemanfaatannya bersifat global – lebih dari 25 negara di seluruh dunia. Namun, alokasi masih merupakan bagian kecil dari portofolio energi dunia. Melihat distribusi global ini, secara konvensional, energi panas bumi dibatasi untuk ekspresi suhu tinggi di dekat permukaan seperti yang akan terjadi di dekat batas lempeng, gunung berapi, dll.

Amerika Serikat memiliki kapasitas pembangkit listrik panas bumi terpasang terbesar, diikuti oleh Indonesia, Filipina, Turki, Selandia Baru, Meksiko, Italia, Kenya, Islandia, Jepang. Dari operasi ini di Amerika Serikat, sumur yang menghasilkan energi panas bumi mungkin rata-rata 4 hingga 6 MWe. Sebagai aturan praktis, pada 392°F (200 °C) dan mengalir pada 9 bpm (378 gpm), pada urutan 1 MKami dapat menghasilkan, mungkin melayani 759 hingga 1000 rumah di Amerika Serikat.

Pembangkit listrik tenaga panas bumi bervariasi dalam ukuran, dari beberapa sumur (beberapa menghasilkan hingga 50 MWe) hingga banyak sumur. “Geyser, …, adalah kompleks pembangkit listrik tenaga panas bumi terbesar di dunia. Calpine, produsen tenaga panas bumi terbesar di AS, memiliki dan mengoperasikan 13 pembangkit listrik di The Geyser dengan kapasitas pembangkit bersih sekitar 725 megawatt listrik – cukup untuk memberi daya pada 725,000 rumah atau kota seukuran San Francisco.”

Q2. Apa yang dimaksud dengan sistem panas bumi yang disempurnakan, dan di mana fracking diterapkan?

Sekitar lima puluh tahun yang lalu, konsep Enhanced Geothermal Systems (EGS) dibayangkan oleh para ilmuwan dan insinyur di Los Alamos Scientific Laboratories (sekarang LANL). Saat itu, konsep tersebut dikenal sebagai hot dry rock (HDR). Salah satu metodologinya adalah dengan mengebor sumur injeksi dan sumur produksi dan membuat rekahan yang menghubungkannya. Fraktur ini berfungsi sebagai penukar panas – seperti radiator di mobil.

Air digunakan sebagai fluida kerja dalam sistem tertutup ini (air tidak hilang). Cairan dingin disuntikkan ke bawah satu sumur. Ia melewati rekahan dan dengan demikian memperoleh panas dari batu panas. Fluida panas ini diproduksi ke permukaan melalui sumur kedua di doublet. Di permukaan, fluida yang dipanaskan dapat di-flash menjadi uap atau dialirkan melalui pembangkit siklus Rankine organik untuk menggerakkan turbin dan selanjutnya generator. Air, dengan panas yang dikeluarkan, disirkulasikan kembali.

Meskipun ini adalah ide yang bagus, kesuksesan telah dihalangi selama lima puluh tahun sejak konsepsinya. Meskipun ada banyak proyek di seluruh dunia, dengan keberhasilan ilmiah, komersialitas belum tercapai dan pembangkit listrik pada uji coba ini tidak melebihi ~1 MWe.

Namun di AS, sumber dayanya signifikan. Di Amerika Serikat bagian barat, perkiraannya adalah 519 GWe pada kedalaman pengeboran kurang dari 15,000 hingga 20,000 kaki. Teknologi pengeboran modern, yang diadaptasi dari industri perminyakan membuat pengeboran ini layak dilakukan. Kombinasikan itu dengan pengembangan yang memungkinkan pengeboran sumur horizontal dan menciptakan banyak rekahan hidrolik di sepanjang sumur ini (bayangkan setiap rekahan menyediakan area permukaan yang signifikan untuk pertukaran panas) dan Sistem Panas Bumi yang Ditingkatkan layak dilakukan.

Membuat sistem rekahan dengan rekahan hidrolik adalah elemen kunci. Ini bukan hal baru. Ini pertama kali dicoba untuk EGS di situs Fenton Hill di Kaldera Jemez di New Mexico, selama pengembangan awal oleh Los Alamos National Laboratories. Sebagai catatan, ada satu rekahan hidraulik besar yang dipompa pada Desember 1983 untuk mencoba menghubungkan dua sumur (sebelum pemboran terarah modern siap diterapkan). Dalam stimulasi hidraulik itu, 5.7 juta galon air dengan peredam gesekan tambahan dipompa hingga 50 bpm (2100 galon per menit) pada tekanan lubang bawah hingga sekitar 12,000 psi. Partikel halus CaCO₃ ditambahkan untuk kontrol kehilangan cairan (untuk menyederhanakan sistem fraktur).

Pelajaran yang dipetik dari Fenton Hill, situs lain di seluruh dunia, dan teknologi dari industri ekstraksi lainnya (pengeboran miring dan horizontal, rekahan bertingkat) mendorong Departemen Energi Amerika Serikat (DOE) untuk memulai program penelitian baru yang dikenal sebagai FORGE (Frontier Observatory for Research in Geothermal Energy) untuk membangun laboratorium lapangan untuk menguji teknologi baru yang memungkinkan komersialisasi EGS.

Q3. Beritahu kami tentang situs proyek FORGE di Utah dan mengapa itu dipilih.

DOE mensponsori kompetisi di antara lima lokasi EGS terkemuka di Amerika Serikat. Ini kemudian "dipilih" ke situs di Fallon, Nevada, dan Milford, Utah. Pada tahun 2019, situs Milford akhirnya terpilih sebagai lokasi laboratorium lapangan FORGE (lihat gambar di atas posting).

Kriteria pemilihan meliputi 1) suhu reservoir antara 175 dan 225 °C (cukup panas untuk membuktikan konsep tetapi tidak terlalu panas sehingga pengembangan teknologi terhambat), 2) pada kedalaman lebih dari 1.5 km (cukup dalam sehingga pengembangan teknologi pengeboran layak dilakukan) , 3) batuan dengan permeabilitas rendah (granit di lokasi FORGE), 4) risiko rendah menyebabkan kegempaan selama operasi, 5) risiko lingkungan yang rendah, dan 6) tidak ada koneksi ke sistem panas bumi konvensional.

+++++++++++++++++++++++++++++++++

Bagian 2 akan melanjutkan topik dengan menjawab pertanyaan dan jawaban berikut:

Q4. Apa desain dasar sumur injeksi dan produksi?

Q5. Bisakah Anda merangkum tiga perawatan frac di sumur injeksi dan hasilnya?

Q6. Apa potensi aplikasi komersial?