CA2609018A1 - Systeme permettant de mieux exploiter la geothermie haute temperature - Google Patents

Description

Systeme permettant de mieux exploiter la gdothermie haute tempdrature.

Plus on fore profondement dans la croute tetYestre, plus la temperature augmente. En moyenne 1'augmentation est de 20 a 30 degres par kilom~tres. Ce gradient thermique depend beaucoup de la region du globe consideree. Les zones oiu les temperatures sont beaucoup plus fortes, appelees anomalies de temperature, peuvent atteindre plusieurs centaines de degres pour de faibles profondeurs. Ces anomalies sont observees le plus souvent dans les regions volcaniques. voir Wikipedia Cette 6nergie est disponible partout sur la terre et en quantite plus que suffisante pour suffire plusieurs fois aux besoins de 1'humanite entiere et ce sans produire de gaz a effet de serre. 11 serait possible d'installer des centrales geothermiques a cote des plus grandes villes pour suffire aux besoins energ6tiques sur place sans avoir a transporter 1'energie sur de grandes distances. De cette fagon il y aurait une economie en plus d'offrir un approvisionnement plus fiable. A
premiere vue ce procW peut sembler dtre aussi audacieux que la conquete de la lune mais puisque le but ultime est de sauver notre planete et qu'il puisse g6nerer ...

Dans le but de rendre la geothermie a tres haute temperature plus accessible tout en diminuant les couts en en facilitant le forage sur une plus grande distance me^me dans les regions deja exploitd pour atteindre de plus grandes temperatures nous utilisons un systeme comprenant un seul tunnel dans lequel nous retrouvons deux passages idealement deux tuyaux inclus 1'un dans 1'autre de rayons differents voir dessin ci- joint. Le rayon du tuyau exterieur etant idealement egal a celui du tuyau interieur multiplie par la racine carre de deux dans le but d'obtenir deux passages de dimensions similaire. Le tuyau int6rieur contenant un fluide (idealement de 1'eau) beaucoup plus chaud que celui contenu dans le tuyau exterieur celui-ci contenant un fluide plus froid qui se r6chauffe sur le parcours descendant grace a 1'energie provenant de la terre.
Les deux tuyaux sont isole thermiquement 1'un de 1'autre par une couche d'isolant thermique ou par un autre moyen par exemple en ajoutant un autre tuyau qui permettrait d'obtenir une zone de basse densite pres du tuyau interne. Le forage pourrait se faire en deux dtapes, soit a 1'aide d'un arbre de transmission pour la premi&re etape et en utilisant un tunnelier pour la deuxieme etape.

Le simple fait de n'avoir a creuser un seul tunnel au lieu de deux ou plus permet d'ameliorer le rendement sur 1'investissement de depart d'une centrale thermique meme dans les zones d'anomalies de temperatures. En particulier si on fore suffisamment pour obtenir des centrales de tres grandes puissance. Puisque le diametre du tunnel est plus grand que si nous forions plus d'un tunnel il devient ainsi possible de forer plus profondement en demeurant le plus possible dans la meme direction toujours dans le but de faciliter 1'acces au circuit au complet. De cette faqon il devient possible d'utiliser un tunnelier amenage sp6cialement dans le but de forer dans des regions plus chaudes parce que plus creux sans devoir utiliser un arbre de transmission qui devient de plus en plus encombrant lorsqu'il s'agit de grandes distances.
Durant le forage dans les regions plus chaudes, il suffira d'ajouter un systeme de refroidissement qui servira a maintenir les systemes de controle du tunnelier a une temperature voulue et a refroidir les autres composantes qui pourraient en avoir besoin. Dans ce but il serait ideal d'utiliser un tuyau qui acheminerait un fluide r6frig6rant soit de 1'eau a basse temperature ou un melange de glace finement moulue(neige). Dissoute dans 1'eau, la glace en fondant peut fournir beaucoup plus d'energie que 1'eau seule. Par la suite il serait ideal d'utiliser un deuxi~me changement d'etat en faisant evaporer 1'eau et ainsi refroidir les composantes telles les moteurs et autres composantes qui peuvent tolerer des temperatures plus grandes mais qui ont besoin d'etre refroidies. De cette faron en obtenant deux changements d'ctat, on transporte plus d'energie thermique pour un meme volume transporte. Le tout pourrait etre controle a distance de la surface de la terre, sauf pour certains entretiens pour lesquels il suffirait de remonter le tunnelier.
Et si le pire venait a arriver par exemple un eboulement de quelques materiaux que ce soit et qu'il faille envoyer un homme ou un robot specialement conru dans ce but, le fait d'avoir un acces plus grand facilitera le travail. Un autre avantage set que le fait de forer un plus grand diametre rend 1'isolation thermique plus facile entre les deux parcours.

Au lieu de devoir forer perpendiculairement entre deux tunnels pour obtenir un circuit ferme, il suffit au bout du tunnel d'installer un tuyau qui parcourra un trajet de forme plutot circulaire permettant de minimiser les pertes d'energie cinetique. De cette faron en forant un seul trou au lieu de deux ou plus, nous obtenons un circuit aller-retour vers la zone d'echange thermique offrant un minimum de perte d'energie cinetique nous permettant de faire voyager un fluide A
grande vitesse maximisant ainsi 1'efficacite du circuit et donc de 1'investissement depense. Dans le but d'obtenir de plus grandes vitesses a 1'interieur il suffit d'installer une turbine ou un systeme de turbines A 1'entree directement relie a une turbine a la sortie du circuit qui recuperera presque tout 1'energie cinetique depense au depart. Par la suite il suffit de generer de 1'electivite avec 1'energie disponible en utilisant les techniques appropriees en fonction de la temperature du fluide a la sortie du circuit. Par la suite il suffit de refroidir les vapeurs pour les retrouver a 1'etat liquide pour les reinjecter a 1'entree du circuit et ainsi obtenir un circuit ferme.

Un tel systeme en circuit ferme ne demandera pratiquement pas d'entretien et sera une source constante d'energie. Puisque la demande energetique n'est pas constante durant la journee, il sera utile d'utiliser les surplus pour faire 1'e1ectrolyse de 1'eau et accumuler 1'hydrogene et 1'oxygene dans des reservoirs idealement situes sous la terre ou sous 1'eau pour des raisons de securite, puisque la pression pour les rendre A 1'etat liquide est tres elevee. Dans le passe nous avons rejete ces procedes pour des raisons de mauvais rendements et que la majorite de 1'electricite produite en ce moment provient de centrales thermiques qui elles-memes produisent des gaz a effet de serre. 11 n'etait pas rentable economiquement ni du point de vue environnemental. Mais puisque cette energie est abondante qu'elle ne coute pas cher et qu'elle n'a aucun impact negatif sur le plan environnemental, il devient le moyen ideal pour satisfaire aux besoins energetiques des automobiles et de toutes les formes de moyens de transport.

Une des causes du faible rendement du melange hydrogene oxygene est le fait qu'il faille presque autant d'energie pour compresser les gaz que celle utilise pour 1'electrolyse et puisqu'il faut refroidir ces gaz pour les rendre liquide, il y a une grande perte energetique.

Dans le but d'eliminer une partie de cette perte, il suffirait d'utiliser 1'energie provenant de 1'expansion des gaz avant la combustion. Dans le but de produire le meilleur rendement possible, on doit rechauffer les gaz en utilisant la chaleur latente des vapeurs d'eau que 1'on retrouve a la suite d'une combustion ou la chaleur degagee par les pilles a hydrogene avant de transformer cette energie a 1'aide d'une turbine directement reliee a une generatrice. Ce meme procede peut etre utilise a plus grosse echelle en utilisant 1'energie thermique latente provenant de la combustion de ces deux gaz dans les centrales thermiques.

Dans le but de permettre au fluide d'absorber le maximum d'energie thermique durant son parcours, il serait preferable de maintenir la pression suffisamment elevee a 1'interieur du circuit pour eviter au maximum la formation de petites bulles due au changement d'dtat lors du passage du fluide dans la zone plus chaude.

A court terme il serait preferable d'exploiter les anomalies de temperature de la croute terrestre des r6gions ou 1'on retrouve le plus de variations de tempesrature par distance parcourue dans le but d'obtenir un resultat plus rapide. Il serait important de commencer a forer pres de chacune des grandes villes immediatement puisque dans la plupart des cas, il faudra plus de temps a cause de la distance a parcourir. Le probleme des gaz a effet de serre est devenu prioritaire et il serait interessant d'impliquer tout ceux qui se sentent concernes.

Claims