Modelagem de um trocador de calor de poço profundo (DBHE) de circuito fechado não convencional: análise de sensibilidade no ambiente vulcânico de Newberry
APLICAÇÕES GEOTÉRMICAS DE MÉDIA A GRANDE COMPLEXIDADE
Hannah R. Doran, Theo Renaud, Gioia Falcone, Lehua Pan, Patrick G. Verdin (2021). Modelling an unconventional closed-loop deep borehole heat exchanger (DBHE): sensitivity analysis on the Newberry volcanic setting. Springer Nature – Geothermal Energy,Volume 9, article number 4, (2021) – (link)
Título
Modelling an unconventional closed-loop deep borehole heat exchanger (DBHE): sensitivity analysis on the Newberry volcanic setting
(Modelagem de um trocador de calor de poço profundo (DBHE) de circuito fechado não convencional: análise de sensibilidade no ambiente vulcânico de Newberry)
Resumo
Alternative (unconventional) deep geothermal designs are needed to provide a secure and efficient geothermal energy supply. An in-depth sensitivity analysis was investigated considering a deep borehole closed-loop heat exchanger (DBHE) to overcome the current limitations of deep EGS. A T2Well/EOS1 model previously calibrated on an experimental DBHE in Hawaii was adapted to the current NWG 55-29 well at the Newberry volcano site in Central Oregon. A sensitivity analysis was carried out, including parameters such as the working fluid mass flow rate, the casing and cement thermal properties, and the wellbore radii dimensions. The results conclude the highest energy flow rate to be 1.5 MW, after an annulus radii increase and an imposed mass flow rate of 5 kg/s. At 3 kg/s, the DBHE yielded an energy flow rate a factor of 3.5 lower than the NWG 55-29 conventional design. Despite this loss, the sensitivity analysis allows an assessment of the key thermodynamics within the wellbore and provides a valuable insight into how heat is lost/gained throughout the system. This analysis was performed under the assumption of subcritical conditions, and could aid the development of unconventional designs within future EGS work like the Newberry Deep Drilling Project (NDDP). Requirements for further software development are briefly discussed, which would facilitate the modelling of unconventional geothermal wells in supercritical systems to support EGS projects that could extend to deeper depths.
TRADUÇÃO LIVRE
São necessários projetos geotérmicos profundos alternativos (não convencionais) para fornecer um abastecimento seguro e eficiente de energia geotérmica. Foi realizada uma análise de sensibilidade aprofundada considerando um permutador de calor de circuito fechado em poço profundo (DBHE) para superar as limitações atuais do EGS profundo. Um modelo T2Well/EOS1 previamente calibrado num DBHE experimental no Havai foi adaptado ao atual poço NWG 55-29 no local do vulcão Newberry, no centro do Oregon. Foi realizada uma análise de sensibilidade, incluindo parâmetros como a vazão mássica do fluido de trabalho, as propriedades térmicas do revestimento e do cimento e as dimensões dos raios do poço. Os resultados concluem que a vazão de energia mais alta é de 1,5 MW, após um aumento do raio do anel e uma vazão mássica imposta de 5 kg/s. A 3 kg/s, o DBHE produziu uma taxa de fluxo de energia 3,5 vezes menor do que o projeto convencional NWG 55-29. Apesar dessa perda, a análise de sensibilidade permite uma avaliação da termodinâmica chave dentro do poço e fornece uma visão valiosa sobre como o calor é perdido/ganho em todo o sistema. Esta análise foi realizada sob a suposição de condições subcríticas e pode ajudar no desenvolvimento de projetos não convencionais em futuros trabalhos de EGS, como o Newberry Deep Drilling Project (NDDP). São discutidos brevemente os requisitos para o desenvolvimento de software adicional, o que facilitaria a modelagem de poços geotérmicos não convencionais em sistemas supercríticos para apoiar projetos de EGS que poderiam se estender a profundidades maiores.
Artigo publicado no site Springer Nature – Geothermal Energy Journal.
