Интенсивное подземное тепло, из-за которого образуются гейзеры, горячие источники и вулканы, также служит источником возобновляемой энергии, которая может начать поставлять больше электроэнергии в сеть с помощью исследовательской группы, возглавляемой Университетом Клемсона.
Исследователи объединяют несколько передовых технологий для создания системы, которая будет оценивать целостность геотермальных скважин, расположенных глубоко под поверхностью Земли. Скважины используют природное тепло планеты для выработки пара, который приводит в движение турбины, производящие электроэнергию.
По словам исследователей, новая “фотоакустическая система визуализации с поддержкой искусственного интеллекта” будет контролировать скважины при высокой температуре и давлении без необходимости их активного охлаждения.
Общий бюджет проекта составляет 6,1 миллиона долларов, в том числе 4,88 миллиона долларов от Министерства энергетики США и 1,22 миллиона долларов от учреждений, участвующих в исследовании. Главным исследователем является Хай Сяо, профессор кафедры электротехники и вычислительной техники Милтона У. и Бетти Холкомб и заведующий кафедрой электротехники и вычислительной техники Холкомба в Клемсоне.
Партнерами являются Клемсон, Университет Оклахомы, Мичиганский государственный университет, Южный методистский университет и Лос-Аламосская национальная лаборатория.
“Мы объединяем междисциплинарную команду всемирно известных исследователей, чтобы помочь расширить границы исследований в области энергетики”, — сказал Сяо. “Работая вместе, мы можем разработать важную технологию, которая поможет стране в большей степени использовать возобновляемые источники энергии, добываемые под поверхностью нашей планеты”.
Геотермальные скважины залегают на глубине от нескольких сотен футов до более чем двух миль под поверхностью Земли. Основное внимание в исследовании уделяется стенкам геотермальных скважин, которые укрепляются цементом и стальными трубами, называемыми обсадными трубами.
Со временем экстремальные температура и давление в сочетании с агрессивными жидкостями и растворенными газами могут ослабить цемент и обсадную трубу.
По словам исследователей, незначительные дефекты, которые остаются незамеченными, могут привести к существенным утечкам, которые могут привести к разрушению ствола скважины.
Один из способов проверить наличие дефектов — постучать по стенкам скважины и обсадной колонне и прослушать, нет ли пустот. Но температура и давление слишком высоки, чтобы отправлять роботов в скважину.
Вместо этого исследователи планируют использовать наземный импульсный лазер для генерации звука, а набор датчиков будет прослушивать эхо-сигналы и передавать результаты на поверхность по оптоволоконному кабелю.
Используя искусственный интеллект, система синтезировала бы все эхо-сигналы, чтобы создать трехмерное томографическое изображение скважины на 360 градусов.
“Это покажет вам, вот трещина, вот пузырь, вот расслоение”, — сказал Сяо.
По его словам, одной из самых сложных частей проекта будет разработка материалов и устройств, которые смогут выжить в экстремальных условиях в скважине.
К концу проекта исследователи планируют разработать систему фотоакустической визуализации, создать прототип и провести его проверку.
Ожидается, что в дополнение к созданию новых технологий проект поможет создать уникальный учебный опыт для следующего поколения инженеров-электриков, компьютерщиков, механиков-строителей, инженеров-материаловедов, нефтяников, оптиков и геологов.
Клемсон был в числе семи организаций и единственным университетом, который выделил 31 миллион долларов на финансирование Департамента энергетики, направленное на снижение затрат и расширение использования геотермальной энергии.
Геотермальные источники вырабатывают около четырех гигаватт электроэнергии в Соединенных Штатах, но недавний анализ Министерства энергетики показал, что к 2050 году это количество может увеличиться до 90 гигаватт за счет разработки усовершенствованных геотермальных систем. Этого было бы достаточно для обеспечения электроэнергией 65 миллионов домов.
