В Исландии изучают возможность использования вулканов для выработки энергии

Исландский проект глубокого бурения (IDDP) заключается в бурении шахт на глубину до 5 км для наработки опыта использования тепла, получаемого из глубин вулканических скал Исландии. В 2009 году скважина в Крапла (Krafla), что на северо-востоке Исландии, достигла глубины в 2100 м, после чего пробила карман с магмой, внедренный снизу в земную кору, с высокими температурами, 900-1000°C.

Эта скважина, IDDP-1, была первой из серии водяных источников, сделанной в рамках проекта IDDP в Исландии для поиска геотермальных ресурсов. В отчете, опубликованном в этом месяце в Геотермическом журнале (Geothermics journal), подробно отражены детали инженерной работы и научные результаты, которые удалось получить за счет того, что было принято решение не замуровывать шахту бетоном, как это было сделано в Гавайях в 2007 году, а попытаться использовать огромную геотермальную энергию.

Вилфред Элдерс, почетный профессор геологии из Университета Калифорнии, является соавтором (совместно с исландскими коллегами) трех статей в спецвыпуске Геотермического журнала.

«Попадание в магму при бурении – очень редкое происшествие, это всего лишь второй известный случай во всем мире» - говорит Элдерс. IDDP и Исландская национальная энергетическая компания, управляющие расположенной неподалеку геотермальной электростанцией Крапла, решили серьезно вложиться в дальнейшее исследование скважины.

Для этого они забетонировали стальную оболочку скважины, оставив перфорированную секцию в нижней части, ближе к магме. Жар начал постепенно заполнять скважину и перегревать пар, поднимавшийся из водяного источника, что продолжалось в течение двух лет. Элдерс говорит, что успех бурения был «по меньшей мере, ошеломляющий» и добавляет: «Это может вызвать революцию в энергоэффективности высокотемпературных геотермальных проектов»

Вода, просачивалась в виде пара, подвергающегося перегреву и высокому давлению в течение месяцев при температуре более 450°C – это рекорд. Для сравнения, геотермальные источники в Великобритании редко имеют температуры более 60-80°C. Нагретый магмой пар, по оценке, способен генерировать 36 МВт электроэнегрии. Хотя это довольно скромный результат по сравнению с 660-мегаваттной электростанцией на угле, но зато этот результат лучше, чем 1-3 МВт среднего ветрогенератора и составляет более половины от мощности электростанции Крапла, вырабатывающей 60 МВт.

Важно, что теперь понятно, что делать дальше. «По существу, IDDP-1 – первая в мире магматическая геотермальная система, первая, получающая тепло непосредственно от раскаленной магмы» - говорит Элдерс. Скважина была установлена с целью подачи пара непосредственно на электростанцию Крапла, хотя клапан вышел из строя, после чего следовало скважину закупорить. Элдерс добавляет, что, хотя это и было сделано, стоит задача восстановить ее или построить другую рядом.

Джиллиан Фулгер, профессор геофизики Даремского университета, работала в Крапла в 80-х годах в период вулканической активности. «Раньше считалось, что источники с такой глубины не нагреваются магмой, но теперь мы знаем, что так бывает. Однажды, когда я была там, мы наблюдали прорыв магмы из одной из скважин», сказала она.

Вулканические регионы, такие, как Исландия, не отличаются постоянной активностью, но могут внезапно активироваться из-за подвижек на глубине в десятки километров, из-за чего полости наполняются магмой. «Они становятся очень динамичными, с повышенным давлением, и даже выплескивают магму на поверхность. Но если они не активны, не стоит ожидать внезапного извержения, даже если вы забуритесь в них. С другой стороны, имея лишь расчет, основанный на одном эксперименте, не стоит бурить подобную скважину в вулканическом регионе где-нибудь рядом с городом», добавляет она.

 «Команда заслужила кредит доверия для того, чтобы использовать удобный случай и продолжить исследования. Большинство людей, наткнувшись на полость с магмой, соберут вещи и уедут.  Но когда жизнь дарит вам лимоны, вы делаете лимонад»

В Исландии около 90% домов отапливаются с помощью геотермальной энергии. По данным Международной Геотермальной Ассоциации, в 2010 году было выработано 10700 МВт геотермальной энергии. Как правило, современные геотермальные системы создаются накачкой холодной воды в сухую, горячую скальную породу на глубину в 4-5 км. Нагретая вода выкачивается назад в виде горячей воды или пара. В последние десятилетия наблюдается устойчивый рост производства геотермальной энергии; в лидерах идут Исландия, Филиппины и Сальвадор, у которых 25-30% энергии берется из геотермальных источников. Достаточные усилия предпринимают в этом направлении другие страны, включая Европу, Австралию, США и Японию, имеющие, впрочем, непостоянный результат и высокую цену.

IDDP надеется с помощью глубоких скважин получить дополнительную выгоду: воду в сверхкритическом состоянии; при большой температуре и высоком давлении глубоко под землей она переходит в состояние, которое нельзя назвать ни газом, ни жидкостью. В таком состоянии она переносит больше энергии и, при правильном использовании, таким образом можно получить десятикратный прирост выхода энергии, от 5 до 50 МВт.

 «Пока в эксперименте в Крапла возможны различные неудачи, доводящие персонал и оборудование до ручки, но в целом процесс очень познавательный. Помимо научных статей мы подготовили подробные отчеты для практического обучения», говорит Элдерс. Исландская национальная энергетическая компания будет использовать их в дальнейшем для правильного проведения бурения.

IDDP – это совместный проект трех энергетических компаний, HS Energy Ltd, National Power Company и Reykjavik Energy, а также государственного энергетического ведомства Исландии и международного консорциума исследователей под руководством Elders’а. Следующая скважина, IDDP-2, будет пробурена на юго-западе Исландии около Рейкьянес (Reykjanes) в этом году, пишет Scientific American.