Redescoperirea geotermiei

Curata, regenerabila, constanta si disponibila in toata lumea, energia geotermala este deja utilizata intr-un mare numar de centrale electrice sau termice. Cercetatorii propun noi metode de exploatare care permit extinderea geotermiei pe o mai mare scara geografica. Un exemplu in acest sens ar putea fi centrala pilot din Soultz-sous-Forêts din Alsacia, Franta.

La prima vedere, Soultz-sous-Forêts nu are nimic special. Situat la granita franco-germana, el seamana cu oricare alt sat alsacian, numai ca in ultimii douazeci de ani pe dealul din apropiere se desfasoara unul dintre cele mai ambitioase proiecte de dezvoltare din domeniul energetic. Obiectivul proiectului este realizarea primei centrale geotermale cu Enhanced Geothermal System (EGS). Baza acestui concept revolutionar, elaborat in SUA in anii 1970, este extragerea caldurii terestre din locuri ce nu erau exploatabile in trecut.
Desi proiectul Soultz are un nucleu de numai 15 cercetatori permanenti, zona a fost martora unei peregrinari constante de profesionisti cu diferite specialitati: ingineri, geologi, geofizicieni, seismologi, operatori de macarale, sondori, energeticieni si multi altii. Activitatea a devenit si mai frenetica dupa ianuarie 2008, cind a inceput lucrul la instalatiile de suprafata necesare pentru conversia caldurii Pamintului in energie electrica. In cele din urma, aceasta centrala geotermala unica, construita si finantata de un proiect european de colaborare public/privat, a inceput sa produca energie electrica. Aceasta reprezinta o premiera mondiala.

Exploatarea unui mediu mai putin cunoscut
Conceptul geotermic – extragerea caldurii din subteran ce provine in principal din dezintegrarea elementelor radioactive aflate in rocile din mantaua terestra – nu reprezinta o noutate. Dezvoltarea ei a inceput in anii 1970, cind a aparut criza petrolului. Desi numeroase centrale geotermale din intreaga lume genereaza deja energie electrica sau furnizeaza caldura unor sisteme de incalzire, Soultz are un element care o deosebeste in mod fundamental de toate celelalte – apa subterana. Metodele existente se rezuma la pomparea apei fierbinti dintr-un acvifer si injectarea ei direct intr-un sistem de incalzire sau folosirea ei pentru actionarea turbinelor pentru a genera energie electrica.
Originalitatea conceptului Soultz consta in faptul ca el nu necesita resurse hidrogeologice locale. Apa este injectata de la nivelul solului in fracturile naturale existente in rocile cristaline situate suficient de profund pentru a permite unei cantitati importante de caldura utilizabila sa fie extrasa din ele. In cazul grabenului Rinului – structura geologica pe care a fost construita centrala Soultz – roca ce a fost studiata timp de 20 de ani este granitul. Cercetarile de teren au inceput in 1987, odata cu saparea forajului GPK1, care a permis extragerea unor carote pe care s-au determinat caracteristicile fracturilor pe baza studiilor prin metode acustice de investigare. Datele obtinute anterior prin programele de explorari pentru hidrocarburi au furnizat putine informatii referitoare la rocile magmatice sau cristaline, deoarece ele nu contin petrol sau gaze si, deci, nu au fost interesante pentru geologi.
Cercetatorii americani care au inventat conceptul EGS l-au poreclit geotermia rocilor calde uscate. De fapt, experimentele de la Soultz au aratat ca granitul nu este complet uscat. El contine apa in cantitati foarte mici, dar suficiente pentru a fi utilizate la o centrala geotermica. Astfel incit acest acvifer salin a fost utilizat pentru a pompa apa pentru reinjectie in sistemul de fracturi.

Deschiderea fracturilor
Cercetarile exploratorii au pus in evidenta existenta unui sistem de fracturi suficient de dezvoltat pentru a servi drept sistem de circulatie geotermala. Problema era ca apa nu putea fi injectata direct in el, deoarece fracturile din granit erau obturate de depozite naturale de calcit sau alte umpluturi silicioase, argiloase sau feruginoase. Inainte de realizarea testelor de circulatie pentru confirmarea fezabilitatii sistemului, trebuia creat mediul propice pentru exploatare.
Pentru largirea fracturilor si pentru imbunatatirea conectivitatii sistemului natural au fost utilizate doua metode. Metoda obisnuita – stimularea hidraulica – consta in injectarea a mii de metri cubi de apa in flux rapid pentru redeschiderea rocii. Problema este insa ca stimularea hidraulica provoaca mici cutremure de pamint. In timp ce majoritatea acestora sunt extrem de slabe, unele au fost suficient de puternice pentru a fi simtite (aproximativ 2 pe scara Richter). In 2006, cercetatorii ce lucrau la un proiect similar in Basel (Elvatia) au declansat un cutremur de 3,4 pe scara Richter.
Din punct de vedere stiintific, aceste fenomene seismice sunt un semn pozitiv, deoarece dovedesc ca stimularea are efect. Dar ele creeaza totusi probleme practice in zonele in care exista constructii. In plus, stimularea hidraulica nu a condus la rezultatele asteptate, deoarece conectivitatea dintre foraje nu a fost imbunatatita in mod semnificativ, asa ca s-a recurs la stimularea chimica. In apa injectata in subsol s-au introdus mici cantitati de acid pentru dizolvarea depozitelor hidrotermale persistente.
Aceste metode combinate s-au dovedit eficiente, iar in 2006 testele de circulatie au aratat ca performanta sistemului hidraulic s-a imbunatatit in mod corespunzator.

Deasupra solului si in subsol
Centrala energetica Soultz consta dintr-un labirint de conducte si doua structuri mari: doua sparatoare si o imensa platforma de racire. Separatoarele separa apa in stare lichida de vapori. Apa geotermala pompata contine numeroase particule de roca, care nu pot fi reinjectate deoarece aceste particule pot deteriora filtrele si alte echipamente ale centralei. Platforma de racire este utilizata pentru a lichefia izobutanul – un fluid folosit la transferul de caldura ce recupereaza caldura din apa geotermala in schimbatoarele de caldura si actioneaza turbina centralei. Deoarece nu exista o sursa de apa in apropiere pentru racire, s-a optat pentru racirea cu aer, cu ajutorul unui sistem compus din noua ventilatoare.
Dincolo de platforma de racire, elementul central al centralei, turbina, este izolata cu grija in interiorul unei incaperi speciale. Ea este cuplata la un generator ce produce energie electrica, care este livrata in retea. De-a lungul sistemului se afla si schimbatorul de caldura, ce consta dintr-un sistem de cilindri si conducte intrepatrunse prin care circula apa geotermala si izobutanul.
In centrul acestor facilitati aflate deasupra solului se gaseste tripleta geotermala ce consta din trei foraje sapate la o adincime de peste 5000 m. GPK3 este forajul de injectie prin care se introduce apa in subsol. Apa este apoi recuperata prin forajele de productie GPK2 si GPK4, care transporta apa geotermala la instalatiile de la nivelul solului. Desi la nivelul solului capetele sondelor se afla la numai sase metri unul de altul, in adincime talpele lor se afla la 650 m distanta.
Acest fapt permite apei sa circule in fracturi un timp suficient pentru a se incalzi in mod corespunzator. Apa este recuperata la suprafata la temperaturi variind intre 170 si 1800 C. In timpul executarii forajelor s-a descoperit ca gradientul geotermic nu era constant. La adincimi mai mari, gradientul scadea in valoare. Astazi se stie ca adincimea optima este intre 3000 si 3500 m.

Probleme viitoare
In afara celor trei foraje de recuperare a energiei geotermale s-au mai sapat inca doua: GPK1 a fost utilizat pentru cercetari si explorare, iar forajul ESP1, sapat pina la 2200 m, are drept scop monitorizarea operatiei centralei. Acesta este echipat cu un numar mare de senzori termici si hidraulici.
ESP1 nu este singurul element de monitorizare. Inca din anii 1990 a fost amplasat un sistem de foraje pentru observatii seismice pe intreaga zona. Aceste foraje de 1500 m adincime sunt, de fapt, foste sonde de petrol transformate in sonde de cercetare. Datele din aceste statii seismice sunt integrate in sistemul national de supraveghere seismica.
Complexul de la Soultz a inceput sa genereze primii kilowati de energie electrica in iunie 2008, indeplinindu-si astfel obiectivul principal. In anii ce urmeaza, cercetatorii de aici intentioneaza sa colecteze in continuare date referitoare la seismicitatea, temperatura, presiunea si calitatea apei geotermale. Acestea le vor permite determinarea comportarii fracturilor pentru o lunga perioada de timp. Aceste date sunt esentiale pentru numeroasele centrale geotermale aflate in constructie in lumea intreaga.