Controle das condições de injeção de um trocador de calor coaxial fechado em poço profundo para atender a demandas irregulares de calor: um estudo de caso de campo na Bélgica (Mol)
APLICAÇÕES GEOTÉRMICAS DE MÉDIA A GRANDE COMPLEXIDADE
Vlasios Leontidis, Edgar Hernandez, Justin Pogacnik, Magnus Wangen, Virginie Harcouët-Menou (2025). Controlling injection conditions of a deep coaxial closed well heat exchanger to meet irregular heat demands: a field case study in Belgium (Mol). Springer Nature – Geothermal Energy, Volume 13, article number 10, (2025) – (link)
Título
Controlling injection conditions of a deep coaxial closed well heat exchanger to meet irregular heat demands: a field case study in Belgium (Mol)
(Controle das condições de injeção de um trocador de calor coaxial fechado em poço profundo para atender a demandas irregulares de calor: um estudo de caso de campo na Bélgica (Mol))
Resumo
Deep geothermal closed-loops have recently gained attention because of their advantages over classical geothermal applications (e.g., less dependence on the geology, no risk of induced seismicity) and technological advantages (e.g., in the drilling process, use of alternative to water fluids). This paper deals with the repurposing of an existing well in Mol, Belgium, by numerically evaluating the closed-loop concept. Two numerical tools are used to predict the evolution of the temperature and the produced energy over a period of 20 years considering the vertical coaxial well and the complete geological morphology. Full-scale simulations are initially carried out to estimate the maximum capacity of the well and to highlight the need to control the output of the well by adjusting the inlet conditions. Simulations are then performed either to deliver a constant power or to cover irregular thermal energy demands of two buildings by applying in both cases three process control operations. Through controlling the inlet temperature, the injected flow rate or successively both, the production of excess energy, resulting from the overdesign of the existing wellbore for the specific application, is limited. The simulations showed that continuous adjustments to the injection temperature and/or flow rate are needed to restrict the rapid drop in outlet temperature and consequent thermal depletion of the rocks, caused by the highly transient nature of the diffusive heat transfer from the rocks to the wellbore, as well as to supply a specific heat demand, constant or irregular, over the long term. In fact, the combination of both controls could be the ideal strategy for supplying the demand at the highest COP.
TRADUÇÃO LIVRE
Os circuitos fechados geotérmicos profundos têm ganhado atenção recentemente devido às suas vantagens em relação às aplicações geotérmicas clássicas (por exemplo, menor dependência da geologia, ausência de risco de sismicidade induzida) e vantagens tecnológicas (por exemplo, no processo de perfuração, utilização de fluidos alternativos à água). Este artigo trata da reutilização de um poço existente em Mol, na Bélgica, através da avaliação numérica do conceito de circuito fechado. Duas ferramentas numéricas são utilizadas para prever a evolução da temperatura e da energia produzida ao longo de um período de 20 anos, considerando o poço coaxial vertical e a morfologia geológica completa. Simulações em escala real são inicialmente realizadas para estimar a capacidade máxima do poço e destacar a necessidade de controlar a produção do poço ajustando as condições de entrada. Em seguida, são realizadas simulações para fornecer uma potência constante ou para cobrir demandas irregulares de energia térmica de dois edifícios, aplicando em ambos os casos três operações de controle de processo. Através do controle da temperatura de entrada, da vazão injetada ou sucessivamente de ambas, a produção de energia excedente, resultante do projeto excessivo do poço existente para a aplicação específica, é limitada. As simulações mostraram que são necessários ajustes contínuos na temperatura e/ou vazão de injeção para restringir a rápida queda na temperatura de saída e o consequente esgotamento térmico das rochas, causado pela natureza altamente transitória da transferência de calor difusiva das rochas para o poço, bem como para suprir uma demanda de calor específica, constante ou irregular, a longo prazo. Na verdade, a combinação de ambos os controles pode ser a estratégia ideal para suprir a demanda com o COP mais alto.
Artigo publicado no site Springer Nature – Geothermal Energy Journal.
