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《利用二氧化碳作為工作流的增強型地?zé)嵯到y(tǒng)（egs）——用于再生能源和碳儲存的新方法》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、67利用二氧化碳作為工作流的增強型地?zé)嵯到y(tǒng)（EGS）——用于再生能源和碳儲存的新方法【摘要】為應(yīng)對二氧化碳減排需求，布朗2000年提出了新的增強型地?zé)嵯到y(tǒng)（EGS）的概念，即利用二氧化碳替代水作為熱傳導(dǎo)流。這樣不但達到了二氧化碳地質(zhì)儲存的目的而且還帶來了附加效益。根據(jù)他的建議，我們評價了熱物理學(xué)性質(zhì)，進行了數(shù)字模擬，針對用二氧化碳作為工作流設(shè)計的熱儲層，我們探討了流體動力學(xué)和熱傳輸問題。我們發(fā)現(xiàn)，開采熱碎巖的熱量，二氧化碳比水的作用要大一些。就井液壓而言，二氧化碳還可以提供某些優(yōu)勢，與水相比，由于它的壓縮性和膨脹性，二氧化碳將增加浮力
2、，降低沖洗液循環(huán)系統(tǒng)附加的能量消耗。CO2-EGS系統(tǒng)在熱與液壓方面是有潛力的，較大的不確定性主要是水流與巖石之間相互化學(xué)作用。用二氧化碳作為注入流體的EGS系統(tǒng)對于進一步調(diào)查研究極具吸引力。【關(guān)鍵詞】增強型地?zé)嵯到y(tǒng)二氧化碳數(shù)值建模67671概述地?zé)崮苜Y源基礎(chǔ)是巨大的，但是，它的可再生資源的開發(fā)是受熱液系統(tǒng)限制的，該系統(tǒng)天然存在的破裂網(wǎng)可以進行流體循環(huán)并且允許吸收的這些熱液流通過鉆孔產(chǎn)生地?zé)?。大多?shù)地?zé)豳Y源都存在于缺少裂隙滲透性和流體循環(huán)的巖層中，提出這種“增強的”或者“設(shè)計的”地?zé)嵯到y(tǒng)概念，目的是利用以下方式開采這些地?zé)崮苜Y源：（1
3、）通過水力壓裂或者水力擊破為巖石滲透性創(chuàng)造條件，包括通過鉆孔的液體注入，以觸發(fā)現(xiàn)有的巖石裂隙或者造成新的裂隙；（2）通過這些裂隙網(wǎng)絡(luò)，依靠注入的系統(tǒng)和鉆井建立并維持液體循環(huán)，為此熱能才得以被輸送到地表為人類使用。*Enhancedgeotherinalsystems(EGS)usingCO2asworkingfluid—AnorelapproachforgeneratingrenewableenergywithsimultaneoussequestrationofcarbonGeothermics35(2006)351-367.在美國
4、試圖開發(fā)EGS以前，日本、歐洲和澳大利亞都使用水作為熱傳輸液體。水的許多特點適合于成為這一目的媒介，但是，水還有很多的缺點。水不適合這一目的的特征是，水對于很多巖石礦物溶解力很強，特別是在溫度升高時，這種溶解能力更強。熱巖裂隙中注入水引起很強的改變裂隙滲透性的分解作用和沉淀作用，這樣使得人們用慣用的方式運行EGS儲集非常困難。此外，在許多區(qū)域，包括美國西部，水是稀有的、珍貴的。在流體循環(huán)期間不可避免的損失很可能導(dǎo)致很大的經(jīng)濟損失。為應(yīng)對二氧化碳（CO2）減排需要，布朗2000年提出了用二氧化碳替代水作為熱傳輸流體的新的EGS概念，該概
5、念的提出，既可以實現(xiàn)二氧化碳地質(zhì)儲存的目的又可以帶來附加效益。布朗注意到，二氧化碳的物理和化學(xué)性質(zhì)對于運行EGS系統(tǒng)是很有利的。布朗強調(diào)的二氧化碳的有利特征包括如下：●膨脹性大,在注入井中，將在冷二氧化碳和生產(chǎn)井產(chǎn)生的熱二氧化碳之間產(chǎn)生較大的密度差異,同時將提供降低流體循環(huán)系統(tǒng)功耗的浮力；●粘度較低，這將為給定的壓力梯度產(chǎn)生較大的流速；●對巖石礦物，二氧化碳作為溶劑，它的溶解有效性很低，這將減少或者消除結(jié)垢問題,如二氧化硅在水-基巖系統(tǒng)的溶解和沉淀。布朗還列舉了二氧化碳作為注入流的不利特征，即二氧化碳的質(zhì)量熱容量較低，但是，還指出了這
6、一特征在某種程度上將彌補源自它的粘度較低，二氧化碳的流量較大的特征。2004年，F(xiàn)ouillac等建議，二氧化碳作為熱傳導(dǎo)流具有很有利的地球化學(xué)特征，因為二氧化碳通過巖石礦物能很快地被捕集和儲存。Pruess和Azaroual2006年提出了二氧化碳作為工作流的EGS系統(tǒng)的初步評價。Pruess和Azaroual的論文是目前為止有關(guān)這個論題的唯一的一篇論文，在這兩篇論文中，建議將二氧化碳作為熱傳導(dǎo)流，二氧化碳能夠與水相媲美，同時，根據(jù)鉆孔水動力，二氧化碳比水具有相當(dāng)大的優(yōu)勢。本論文比較了二氧化碳和水的熱物理學(xué)特征，在鉆孔和主要裂隙帶、
7、具有滲透性的儲集層中，調(diào)查了二氧化碳流的壓力和溫度條件。為了確定二氧化碳流作為EGS工作流的有利和不利特征，將之與水的流動特征做比較。我們對二氧化碳-驅(qū)動EGS系統(tǒng)還做了初步討論。67圖1二氧化碳相態(tài)。虛線僅僅是為了確定不同習(xí)慣命名慣例的領(lǐng)域。這些并不能表示相變而是和所有流體一樣，性質(zhì)變化平穩(wěn)而且連續(xù)地穿過這些界線672熱物理特征圖1說明了人們關(guān)注的增強型地?zé)嵯到y(tǒng)用于注入和開采的溫度和壓力條件范圍內(nèi)的二氧化碳的相位圖。二氧化碳的臨界點T臨界=31.04℃，P臨界=73.82bar。在低溫和/或低壓（亞臨界）條件下，二氧化碳處于兩種不同
8、的相態(tài)，液體和氣態(tài)以及兩種狀態(tài)混合的狀態(tài)（圖1）。超臨界二氧化碳形成了另一種相位，它區(qū)別于水相，在無相邊界的條件下，能連續(xù)地變成氣相或者液相二氧化碳。給定驅(qū)動力的條件下，質(zhì)量流量是密度與粘度之比，m=ρ/μ。質(zhì)量流攜帶的
