Наконец-то настал час геотермальной энергии

Будущее «чистой» энергии решается на пустынной равнине в четырех часах езды на автомобиле к северо-востоку от Лас-Вегаса. На впечатляющих песках недалеко от города Милфорд в штате Юта разбросано около двух десятков скважин, уходящих в глубины Земли, где породы постоянно нагреты. Стоя на одной из буровых вышек этих скважин и подвергаясь сильному ветру, Джек Норбек вынужден кричать, чтобы его услышали: «С помощью десяти вышек, идентичных той, что вы видите здесь, можно генерировать один гигаватт новой энергии в год». Это эквивалентно мощности типичного ядерного реактора и достаточно для снабжения миллиона домов. Норбек утверждает, что его компания Fervo «приобрела более 200 000 гектаров прав на добычу геотермальных ресурсов по всей территории США, где мы видим возможность генерировать более 50 гигаватт». При поддержке Google и других высокопоставленных инвесторов в сфере технологий Fervo является очень активным стартапом в области геотермальных технологий, который стремится превратить ранее пренебрегаемый источник энергии в настоящую энергетическую станцию. Компания оценивается в 1,4 миллиарда долларов и начнет производить энергию в следующем году в рамках первой фазы соглашения о продаже 320 мегаватт калифорнийской коммунальной компании. Это крупнейший коммерческий контракт на поставку геотермальной электроэнергии, подписанный за 60-летнюю историю этой отрасли в США. «И это также первый шаг к грядущей геотермальной революции. Сегодня менее 1% энергии, производимой в мире (и в США), поступает из геотермальных источников. Но исследователи из Принстонского университета прогнозируют, что благодаря техническим инновациям, а также изобилию и доступности геотермальной энергии, к 2050 году с помощью этого метода можно будет генерировать почти в три раза больше энергии, чем в настоящее время генерируют все атомные электростанции США, которые сегодня обеспечивают примерно 20% электроэнергии, потребляемой американцами. А Международное энергетическое агентство прогнозирует, что к 2035 году рост глобальных инвестиций в этот сектор превысит триллион долларов. «Такой оптимизм обусловлен совокупностью двух факторов: «рынок, который тянет, и технологии, которые толкают», — отмечает Майло Макбрайд из Фонда Карнеги за международный мир, исследовательского центра со штаб-квартирой в Вашингтоне, округ Колумбия. Поскольку геотермальная энергия может обеспечивать чистую энергию 24 часа в сутки, она является идеальным решением для непрерывного потребления энергии мега-центров обработки данных. Именно поэтому Google, Meta и другие поставщики искусственного интеллекта (ИИ) так заинтересованы в углеродно-нейтральной, но «постоянной» энергии и вкладывают значительные средства в инновации в области геотермальной энергетики. «Экологические характеристики геотермальной энергии безупречны. Как и ветровая и солнечная энергия, она практически не выделяет парниковых газов при производстве. А поскольку породы в недрах Земли постоянно остаются горячими, геотермальная энергия может обеспечивать надежное электроснабжение 24 часа в сутки, в отличие от других возобновляемых источников энергии, которые работают с перебоями. Она также может обеспечивать чистый тепловой энергией и служить крупномасштабным хранилищем энергии для электросети». Традиционная геотермальная энергия работает только в местах, где есть проницаемые трещины и на глубине менее 4 км от поверхности регистрируются температуры от 150 °C до 200 °C. Компании бурят почти вертикально с помощью обычного оборудования и используют поднимающуюся горячую жидкость для вращения турбин и выработки энергии. Сегодня существует три новых подхода. Улучшенные геотермальные системы (EGS) используют технологии, заимствованные из нефтяной промышленности, такие как гидроразрыв пласта и многостороннее бурение, для разрушения горных пород и извлечения энергии. «Системы с замкнутым контуром (CLS) не используют гидроразрыв пласта или гидравлический разрыв, а пропускают жидкость через контур труб, которые нагреваются за счет тепла Земли. EGS и CLS не зависят от проницаемых трещин: им нужна только горячая порода на расстоянии 4-5 км от поверхности. Но будущее может оказаться в руках «супергорячих» установок, цель которых — проникнуть гораздо глубже в Землю, на 8-20 км под поверхность, где температура достигает 400 °C. Под давлением вода переходит в «сверхкритическое» состояние — ни жидкое, ни газообразное —, что позволяет ей транспортировать гораздо больше энергии на поверхность. (Соотношение между температурой и глубиной варьируется в зависимости от местоположения.) «В отличие от традиционной геотермии, EGS могут извлекать энергию даже без трещин в земле благодаря технологии гидроразрыва пласта и многостороннего бурения, разработанной в начале 2000-х годов сланцевой нефтяной промышленностью. Инженеры Fervo сначала бурят глубокую скважину по вертикали, а затем поворачивают ее и перемещают по горизонтали. На некотором расстоянии пробуривается вторая скважина, параллельная первоначальной. «Важно, чтобы эти две скважины не соприкасались, а чтобы разломы в горных породах, разделяющие их, были разбиты для создания искусственного пласта. Затем вода закачивается с поверхности в первую скважину, проходит через разломы и нагревается в процессе. Горячая вода возвращается на поверхность через зеркальную скважину и нагревает другую жидкость, которая в конечном итоге приводит в движение турбину для выработки электроэнергии. В статье, опубликованной в январе в журнале Nature Reviews Clean Technology Роландом Хорном из Стэнфордского университета, рассматривается быстрый технический прогресс в области геотермальной энергетики нового поколения. Компания Fervo продемонстрировала сокращение времени бурения на 70 % по сравнению с предыдущим годом, что напрямую привело к значительному снижению затрат. Профессор Хорн считает, что к 2027 году затраты на геотермальную энергию станут конкурентоспособными по сравнению с затратами на другие виды топлива. «В системах CLS инженеры обычно пропускают жидкость по трубам в замкнутом полукружном контуре. Жидкость течет с одной стороны, нагревается при достижении глубины и возвращается с другой стороны. Преимущество этой системы заключается в том, что она работает в засушливых регионах. Однако, поскольку они требуют большего количества труб и бурения, CLS являются более сложными и дорогостоящими. Несмотря на сложности, некоторые компании продвигают CLS в регионах, где системы EGS не являются жизнеспособными, либо из-за запрета на гидроразрыв пласта, либо из-за нехватки воды. В Германии канадская компания Eavor пробурила две вертикальные скважины глубиной от 4,5 до 5 км и соединила их с дюжиной горизонтальных скважин, каждая длиной 3 км, чтобы создать подземный «радиатор». В октябре компания опубликовала данные двухлетних испытаний и тестов. Бурение первых восьми из 12 боковых скважин заняло более 100 дней и миллионы долларов, но на оставшиеся четыре скважины время бурения сократилось вдвое. Eavor планирует начать производство первой «коммерческой» энергии в конце этого года, а через несколько лет надеется производить более 8 мегаватт электроэнергии и 64 мегаватт тепла для городского отопления близлежащих населенных пунктов. Технологии EGS и CLS расширят возможности использования геотермальной энергии в среднесрочной перспективе, но у сектора есть еще более амбициозные планы. На гораздо большей глубине, чем могут достичь эти технологии, земная порода нагревается еще сильнее, и инженеры уже работают над тем, чтобы использовать весь этот потенциал. Геотермальная энергия сверхгорячей породы может генерировать тераватты чистой и стабильной энергии по всему миру, причем с гораздо меньшим углеродным следом, чем другие источники энергии», — утверждает Терра Роджерс из Clean Air Task Force (CATF), американской экологической группы. На глубине более 8 км, где давление более чем в 200 раз превышает давление на поверхности, если температура также превышает 374 °C, вода переходит в сверхкритическое состояние, не являясь ни жидкостью, ни газом. «Сверхкритическая вода легко проникает в трещины и производит в пять-десять раз больше энергии на скважину, чем скважины, использующие обычную горячую воду. Модели CATF показывают, что 13 % территории Северной Америки имеет «сверхкритический» потенциал на глубине менее 12,5 км, и использование всего 1 % этого потенциала может обеспечить потрясающую энергетическую мощность в 7,5 тераватт». К сожалению, предыдущие попытки использовать сверхгорячую породу в Исландии, где сверхкритические жидкости находятся всего в 2–3 км под землей, натолкнулись на трудности. Чрезвычайно высокая температура и давление, а также коррозионные химические вещества повреждают покрытия скважин и буровые инструменты, а само буровое долото часто застревает на глубине. Несмотря на эти проблемы, правительства Исландии и Новой Зеландии по-прежнему заинтересованы в изучении технологии сверхвысоких температур. А стартапы изобретают новое оборудование, чтобы облегчить эту задачу. В засушливой местности на окраине Остина техасская компания Quaise разработала луч энергии миллиметровых волн, похожий на лазер, способный проникать даже в самую твердую породу. Недавно с помощью этого энергетического луча они пробурили отверстие глубиной 118 м в граните, превращая породу в пепел по мере продвижения со скоростью до пяти метров в час, что намного быстрее, чем 0,1 метра в час, достигаемые оборудованием нефтяной промышленности в твердой породе. На следующий год Quaise поставила перед собой цель пробурить скважину глубиной один километр и разработать полноценные платформы, которые докажут, что эта идея может работать в больших масштабах. А в октябре техасский стартап Mazama объявил о завершении пилотного проекта на своем месторождении в Орегоне: его инженеры пробурили скважины и провели гидроразрыв твердых пород при рекордной температуре 331 °C и на глубине 3 км, и все это без поломок оборудования, двигателей или датчиков на дне скважины. Mazama оценивает, что с следующего года эта локация сможет генерировать 15 мегаватт, а в конечном итоге достигнет 200 мегаватт. Профессор Хорн отмечает, что 330 °C — это немного ниже сверхкритической температуры, но все равно очень высокая и многообещающая температура. Учитывая недавние достижения, Хорн считает, что Mazama может потребоваться всего пара лет, чтобы достичь уровня сверхгорячей геотермальной технологии, которого Fervo достигла с EGS в 2023 году: «За последние два года все изменилось», — говорит эксперт. «Дела продвигаются очень быстро». (Перевод Хайме Аррамбиде)