Uma revisão abrangente dos trocadores de calor de poços profundos (DBHEs): estudos de modelagem subterrânea e aplicações
APLICAÇÕES GEOTÉRMICAS DE MÉDIA A GRANDE COMPLEXIDADE
Isa Kolo, Christopher S. Brown, William Nibbs, Wanlong Cai, Gioia Falcone, Thomas Nagel, Chaofan Chen (2024). A comprehensive review of deep borehole heat exchangers (DBHEs): subsurface modelling studies and applications. Springer Nature – Geothermal Energy, Volume 12, article number 19, (2024) – (link)
Título
A comprehensive review of deep borehole heat exchangers (DBHEs): subsurface modelling studies and applications
(Uma revisão abrangente dos trocadores de calor de poços profundos (DBHEs): estudos de modelagem subterrânea e aplicações)
Resumo
Deep borehole heat exchangers (DBHEs) with depths exceeding 500 m have been researched comprehensively in the literature, focusing on both applications and subsurface modelling. This review focuses on conventional (vertical) DBHEs and provides a critical literature survey to analyse (i) methodologies for modelling; (ii) results from heat extraction modelling; (iii) results from modelling deep borehole thermal energy storage; (iv) results from heating and cooling models; and (v) real case studies. Numerical models generally compare well to analytical models whilst maintaining more flexibility, but often with increased computational resources. Whilst in-situ geological parameters cannot be readily modified without resorting to well stimulation techniques (e.g. hydraulic or chemical stimulation), engineering system parameters (such as mass flow rate of the heat transfer fluid) can be optimised to increase thermal yield and overall system performance, and minimise pressure drops. In this active research area, gaps remain, such as limited detailed studies into the effects of geological heterogeneity on heat extraction. Other less studied areas include: DBHE arrays, boundary conditions and modes of operation. A small number of studies have been conducted to investigate the potential for deep borehole thermal energy storage (BTES) and an overview of storage efficiency metrics is provided herein to bring consistency to the reporting of thermal energy storage performance of such systems. The modifications required to accommodate cooling loads are also presented. Finally, the active field of DBHE research is generating a growing number of case studies, particularly in areas with low-cost drilling supply chains or abandoned hydrocarbon or geothermal wells suitable for repurposing. Existing and planned projects are thus presented for conventional (vertical) DBHEs. Despite growing interest in this area of research, further work is needed to explore DBHE systems for cooling and thermal energy storage.
TRADUÇÃO LIVRE
Os trocadores de calor de poço profundo (DBHEs) com profundidades superiores a 500 m têm sido amplamente pesquisados na literatura, com foco tanto em aplicações quanto em modelagem subterrânea. Esta revisão concentra-se nos DBHEs convencionais (verticais) e fornece uma análise crítica da literatura para analisar (i) metodologias de modelagem; (ii) resultados da modelagem de extração de calor; (iii) resultados da modelagem de armazenamento de energia térmica em poços profundos; (iv) resultados de modelos de aquecimento e resfriamento; e (v) estudos de casos reais. Os modelos numéricos geralmente se comparam bem aos modelos analíticos, mantendo mais flexibilidade, mas muitas vezes com maiores recursos computacionais. Embora os parâmetros geológicos in situ não possam ser facilmente modificados sem recorrer a técnicas de estimulação de poços (por exemplo, estimulação hidráulica ou química), os parâmetros do sistema de engenharia (como a taxa de fluxo mássico do fluido de transferência de calor) podem ser otimizados para aumentar o rendimento térmico e o desempenho geral do sistema, além de minimizar as quedas de pressão. Nesta área de pesquisa ativa, ainda existem lacunas, como estudos detalhados limitados sobre os efeitos da heterogeneidade geológica na extração de calor. Outras áreas menos estudadas incluem: matrizes DBHE, condições de contorno e modos de operação. Um pequeno número de estudos foi realizado para investigar o potencial de armazenamento de energia térmica em poços profundos (BTES) e uma visão geral das métricas de eficiência de armazenamento é fornecida aqui para trazer consistência aos relatórios de desempenho de armazenamento de energia térmica de tais sistemas. As modificações necessárias para acomodar as cargas de refrigeração também são apresentadas. Finalmente, o campo ativo de pesquisa em DBHE está gerando um número crescente de estudos de caso, particularmente em áreas com cadeias de suprimentos de perfuração de baixo custo ou poços abandonados de hidrocarbonetos ou geotérmicos adequados para reutilização. Os projetos existentes e planejados são, portanto, apresentados para DBHEs convencionais (verticais). Apesar do crescente interesse nessa área de pesquisa, é necessário mais trabalho para explorar os sistemas DBHE para refrigeração e armazenamento de energia térmica.
Artigo publicado no site Springer Nature – Geothermal Energy Journal.
