Компания Quaise Energy перешла от лабораторных исследований к полевым испытаниям, впервые продемонстрировав свою новую технологию бурения на полномасштабной нефтяной вышке недалеко от Хьюстона. По словам Карлоса Араке, генерального директора и соучредителя Quaise, семилетняя компания находится на пути к тому, чтобы доказать возможность обеспечения всего мира чистой, возобновляемой геотермальной энергией.
Араке утверждает, что геотермальная энергия доступна повсеместно в огромных масштабах. Он поясняет, что если сложить всю ископаемую, всю атомную и все другие формы возобновляемой энергии, их совокупный объем не составит и миллионной доли миллионной части запасов тепловой энергии, скрытых под земной поверхностью. Араке считает это умопомрачительным, ведь для доступа к этой энергии достаточно пробурить скважины глубиной от двух до двенадцати миль, что, по его мнению, означает близость к практически бесконечному источнику чистой энергии в любой точке мира.
Эти заявления прозвучали 21 мая на первой демонстрации буровой технологии компании на полномасштабной нефтяной вышке, принадлежащей Nabors, одной из крупнейших мировых нефтегазовых буровых компаний. Среди примерно 50 присутствовавших, включая журналистов, потенциальных инвесторов и даже возможных клиентов Quaise, были Уильям Рестрепо, финансовый директор Nabors и член совета директоров Quaise, а также Лорен Бойд, директор Управления геотермальных технологий Министерства энергетики США.
Геотермальная энергия – тепло под нашими ногами – известна давно, но ее вклад в современный энергетический баланс незначителен. По словам Араке, это связано с тем, что настоящий, значимый геотермальный ресурс труднодоступен, и его освоение выходит за рамки экономических возможностей традиционных инструментов нефтегазовой отрасли.
Основные запасы геотермальной энергии находятся на глубине от двух до двенадцати миль под поверхностью Земли, где порода настолько горяча, что если бы туда можно было закачать воду, она бы перешла в сверхкритическое состояние – пароподобную фазу, малознакомую большинству людей, привыкших к воде в жидком, твердом (лед) или газообразном (пар, образующий облака) состоянии. Сверхкритическая вода, в свою очередь, способна переносить в 5-10 раз больше энергии, чем обычная горячая вода, что делает ее чрезвычайно эффективным источником энергии, если бы ее можно было поднять на поверхность к турбинам для преобразования в электричество.
Сегодня доступ к таким ресурсам возможен лишь в местах вроде Исландии, где они находятся относительно близко к поверхности. Основная проблема заключается в невозможности бурения на достаточную глубину. Буры, используемые в нефтегазовой промышленности, не выдерживают огромных температур и давлений на больших глубинах, либо их использование становится экспоненциально дороже с увеличением глубины. Quaise работает над заменой традиционных буровых долот, механически разрушающих породу, энергией миллиметровых волн, родственных микроволнам, используемым для приготовления пищи. Эти миллиметровые волны буквально плавят, а затем испаряют породу, создавая все более глубокие скважины.
Майская демонстрация на объекте Nabors – лишь последний из многих шагов в рамках, по словам Араке, агрессивного графика доказательства работоспособности технологии. Он заявляет, что конечная цель – предоставить возобновляемый источник энергии, сопоставимый по стоимости с нефтью и газом. Араке подчеркивает, что Quaise – это не компания, созданная для разработки «просто интересного бурового устройства». Их цель – стать разработчиком геотермальных ресурсов, а их продукт – не буровое долото, а чистая тепловая энергия, доступная в изобилии, надежная и недорогая в глобальном масштабе.
Общая технология, лежащая в основе бурового подхода Quaise, разрабатывалась в MIT на протяжении примерно 15 лет. Ученые института показали, что миллиметровые волны действительно могут бурить отверстия в базальте, который вместе с гранитом составляет большую часть пород на больших глубинах. Это было многообещающим отчасти потому, что гиротрон – устройство, генерирующее энергию миллиметровых волн, – не является новой разработкой. Он используется около 70 лет в исследованиях термоядерного синтеза как источника энергии.
Quaise занимается развитием этой техники для бурения все более глубоких скважин. Отверстия, пробуренные в MIT, имели диаметр два дюйма и глубину два дюйма. Ранее в этом году инженеры Quaise за пределами своей лаборатории в Хьюстоне успешно пробурили скважину диаметром четыре дюйма и глубиной 10 футов. Андрес Калабресси, руководитель производства в Quaise, вел демонстрацию, используя микрофон для общения на фоне постоянного гула мощного оборудования. Он объяснил, что начиная с марта компания опускала колонны гранита диаметром около девяти дюймов в предварительно пробуренную традиционным способом скважину под вышкой. Вместе эти колонны образовали керн длиной около 80 футов, находящийся внутри металлического кожуха. Последний оснащен портами для мониторинга параметров, таких как температура и давление, – данные, которые позволяют команде тестировать различные режимы для оптимального бурения.
Затем инженеры Quaise интегрировали технологию миллиметровых волн с буровой установкой. В ходе демонстрации 21 мая они направили миллиметровые волны в гранитную колонну, углубляя уже пробуренное до десяти футов отверстие диаметром четыре дюйма. На следующей неделе команда впервые успешно пробурила до 30 футов; следующая цель на этом этапе работ – 40 футов. Во время демонстрации рядом с Калабресси находились три больших плоских экрана, отображавших различные аспекты работы. Один отслеживал ключевые параметры, такие как температура породы, а другой показывал видео крупным планом плавления породы миллиметровыми волнами. Последнее видео было снято ранее в лаборатории Quaise, так как эти процессы не были видны на установке Nabors.
Араке отмечает, что демонстрация была «полномасштабной по размеру, но не по мощности». Используемый гиротрон производил 100 киловатт энергии. Он добавляет, что это одна десятая мощности, которая будет коммерчески значимой, и примерно эквивалентно мощности автомобиля, на котором участники приехали на демонстрацию. В следующем месяце Quaise ожидает поставку гораздо более крупного гиротрона, способного производить один мегаватт мощности. Араке сообщает, что такая мощность уже коммерчески значима, и компания планирует вывести его на полевые испытания в течение следующих двух лет.
Тем временем компания готовится к очередной демонстрации, запланированной на июль в Марбл-Фолс, штат Техас. Там команда намерена впервые пробурить несколько скважин глубиной 130 метров (около 425 футов) непосредственно в гранитном выходе на поверхность. Генри Фан, вице-президент по инжинирингу в Quaise, поясняет, что установка в Марбл-Фолс будет меньше, что «позволит им быть более маневренными при переходе от одной скважины к другой».
Quaise также решает другие научные и инженерные задачи, связанные с извлечением энергии из сверхгорячих, сверхглубоких пород. Трентон Кладухос, вице-президент по развитию геотермальных ресурсов в Quaise, описал некоторые из этих проблем и достижения в их решении на саммите Geothermal Transition Summit North America в Хьюстоне за день до демонстрации Quaise. Кладухос сообщает, что Quaise сотрудничает с поставщиками и университетами, чтобы «побудить их рассматривать все более высокие температуры». Например, в прошлом году команда из Ecole Polytechnique Fédéral de Lausanne сообщила о новых данных касательно того, что происходит, когда сверхгорячая, сверхглубокая порода подвергается воздействию воды, которая в конечном итоге может передать тепло пород на поверхность. Работа, частично поддержанная Quaise, была опубликована в журнале Nature Communications и подтвердила более ранние модельные расчеты, также выполненные при поддержке Quaise. Кроме того, Кладухос отметил, что в Quaise есть штатный инженер, занимающийся проектированием сверхгорячих геотермальных электростанций. Ранее в этом году старший инженер-механик Дэниел Дихтер представил результаты своих разработок в двух публикациях.
Завершая свою презентацию на демонстрации, Араке описал план компании по освоению сверхгорячих, сверхглубоких геотермальных ресурсов, доступных по всему миру. Он предполагает разделение мира на три уровня в зависимости от геотермального градиента, то есть от того, насколько близко ресурс находится к поверхности. Первый уровень, например, будет сосредоточен на относительно доступных сверхгорячих породах. Это означает, что первая электростанция Quaise, вероятно, будет расположена на западе США, возможно, недалеко от вулкана Ньюберри в Орегоне, где имеется долгая история геотермальных исследований. Участки третьего уровня, которые потребуют бурения на глубину до 12 миль, «содержат ключ к превращению сверхгорячей геотермальной энергии в действительно глобальный источник энергии», как говорится в видеоматериалах Quaise. В них также утверждается, что участки третьего уровня «могут обеспечить энергией более 90% человечества».
Араке называет цель Quaise по освоению сверхгорячей и сверхглубокой энергии для всего мира амбициозной, сравнимой с «полетом на Луну», однако подчеркивает ее реалистичность. Люди, работающие над «созданием этого преобразующего подхода к чистой энергии», перешли из нефтегазовой отрасли, атомной энергетики (деление и синтез) и все они имеют за плечами значительные достижения. Например, некоторые из них участвовали в изобретении и разработке Manara, решения для управления добычей и пластами, разработанного в Schlumberger для существенного увеличения извлечения нефти из сложных систем добычи. Среди них члены команды Quaise владеют несколькими патентами. Араке выражает уверенность, что вместе они смогут это осуществить.
