一個科學家團隊組裝了一個首屈一指的系統，以幫助他們了解如何從地下深處利用能源。刺激和流動系統是美國太平洋西北國家實驗室（PNNL）及其合作夥伴的最新“搖滾之星”，旨在研究水如何在地下穿過極熱的岩石並隨後將熱量傳遞到地面。
這個新系統是增強型地熱系統或EGS合作項目的一部分，該項目涉及幾個國家實驗室、大學和工業夥伴，致力於改進地熱技術。
幾個部件，一個獨特的系統
這個曾經被認為是北美最大和最深的金礦，目前被用於各種科學目的。其中一個項目正在研究地熱能源有朝一日如何為1000萬個家庭供電。
EGS合作項目將地下設施作為一個試驗台，水和其他流體混合物將在高壓下被泵入五個鑽孔中的一個–在岩石中鑽出的四英寸寬的“隧道”，然後再從其他鑽孔中抽出。該小組正在研究這些液體不僅如何在鑽孔之間分解岩石，而且如何從岩石中儲存的能量中獲得熱量–這些能量最終可以被抽到地面上發電。
為了支持EGS合作項目的努力，該團隊開發了這個系統，由幾個對他們的研究至關重要的儀器組成。
“這個系統的獨特之處在於，它將收集地熱研究的重要數據所需的多個組件整合到了一個系統，”PNNL科學家Chris Strickland說，他是EGS合作項目的模擬和流動團隊的共同領導。“這在其他地方是不存在的。”
這些部件包括兩個注射泵，它們分別可以在高壓下向岩石中注射液體。一個泵可以用於非常精確的流量和壓力控制，而另一個泵可以在需要高流量時操作。
一個流體冷卻器產生冷水，以便研究小組可以研究水溫如何影響岩石的熱屬性。一個反滲透系統使研究小組能夠通過改變注入液體的鹽度或鹹度來收集關於水的流動路徑的數據。
該系統還包括一套被插入鑽孔的五個“封隔器”。這些封隔器配備了傳感器，提供溫度和壓力測量。封隔器上的加壓囊與控制泵一起密封鑽孔，防止泄漏出預定的鑽孔部分。
精確控制和集成的水平是該系統的一個獨特方面，提供了推進科學認識所需的高質量數據。
“最好的部分是該系統是自主的，這意味着我們可以使用家裡的筆記本電腦或電話來操作它並收集地面上的數據，”Strickland說。“這樣，我們就不會在地下花費那麼多時間。”
深入地下，分片進行
“我們首先在地上的實驗室里組裝和測試了該系統，以確保一切正常工作，”Strickland說。“然後我們把它拆開，用4×4英尺的碎片在地下前行一英里，用軌道車把它們運到我們的地下工地，重新組裝系統，並再次測試。”
這個完整的系統，高7英尺，寬7英尺，長30英尺，花了三周時間在地下建造。該系統由PNNL和來自桑迪亞國家實驗室、愛達荷國家實驗室和勞倫斯伯克利國家實驗室的EGS合作項目夥伴建造和測試。
Strickland補充說：“人們可能會認為，在地下一英里的7英尺隧道中工作會很不舒服。然而，空氣不斷地從地表泵入，使隧道內保持70華氏度恆溫，並提供新鮮的呼吸空氣。工作日很長，從早上6點30分開始，到晚上6點30分結束，只有有限的機會可以回到地面上。”
EGS Collab的基礎設施和研究得到了美國能源部地熱技術辦公室的支持。該系統將提供許多個月，甚至幾年的數據。這個項目的發現將有助於為工業界開發新的地熱能源技術。
Strickland說：“單獨來看，這些組件帶來了良好的、有用的數據。作為一個系統，EGS合作項目將獲得最全面的數據，以幫助推進地熱能源的未來。”