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地热能皇冠体育研究是俄亥俄州立大学和俄克拉荷马州的胜利

Mewbourne Lab Photoshoot 2022
石油工程硕士学生Blessed Amoah在墨尔本学院德文能源纳米成像实验室在原子水平上检查岩石的微观结构。阿莫阿正在使用一种扫描电子显微镜,它的功能非常强大,可以对物体进行亚纳米分辨率的成像——大约是人类头发宽度的五万分之一,或者是10个氢原子并排排列的长度。
2022年8月31日

地热能皇冠体育研究是俄亥俄州立大学和俄克拉荷马州的胜利

Geothermal Energy at OU Venn Diagram

皇冠体育大学正在利用皇冠体育州长期以来的石油和天然气专业知识开发新的地热能。这种创新的皇冠体育研究和开发有可能为皇冠体育州带来新的就业皇冠体育,使经济多样化,并利用皇冠体育州石油和天然气能源劳动力的技能,同时也培训未来的劳动力,以确保该州在国内能源生产中保持领先地位。

地热能是利用地球的自然热能来产生能量。地热能的收集和利用有两种方法。这两种方法都涉及到利用地底深处的地热热点,这些地热热点含有被地核加热的水。

工程师们可以利用蒸汽来发电,并为电网提供可持续的基本负荷电力。它们还可以从地球深处用管道将热水输送上来,用来给建筑物供暖。

美国是世界上最大的地热发电国;然而,一个普遍的误解是,地热能源的生产只在地热活动最活跃的地区可行,比如夏威夷、加利福尼亚和内华达州。

皇冠体育州立大学的皇冠体育研究人员不仅驳斥了这种误解,而且还将皇冠体育州确定为地热发电的最佳地点。俄勒冈州立大学的一个多学科皇冠体育研究团队正在获得动力,并为皇冠体育研究人员和俄克拉荷马人提供了一个独特的皇冠体育。

“公开大学是一所能源大学;我们相信地热是未来全球能源结构的关键组成部分,也是未来可持续基本负荷电力的来源。皇冠体育负责皇冠体育研究和合作的副校长Tomás Díaz de la Rubia说:“我们排名第一的石油工程学院和世界一流的地质科学专业知识使皇冠体育成为地热能皇冠体育研究、开发和应用的世界领导者。”

公开大学的墨尔本地球与能源学院是全国唯一一所将能源和地球科学学科结合在一起的学院。该学院也是皇冠体育州地质调查局的所在地。在皇冠体育州宪法授权,OGS服务于国家通过调查国家的土地,水,矿物和能源资源,并促进国家的自然资源的明智使用。

OU:多学科地热皇冠体育研究的热点

墨尔本地球与能源学院的皇冠体育研究人员正在从不同的角度进行地热皇冠体育研究。每个皇冠体育研究项目都提供了一个独特的视角,一个单独的拼图,这将有助于俄克拉荷马州利用其地热优势。

“在接下来的几十年里,我们预计地热能将成为一种越来越重要的基本负荷能源,将成为风能、太阳能和天然气的补充,”墨尔本石油和地质工程学院院长、埃伯利家族主席Runar Nygaard说。

皇冠体育州作为这项创新皇冠体育研究的试验台的另一个好处是,皇冠体育州以深层沉积盆地的形式具有巨大的地热潜力,以及一个世纪以来地下勘探的好处。

地球科学学院院长兼埃伯利主席Lynn Soreghan说:“通过地质学和地下知识的融合,我们已经做好了充分的准备,可以对地热能产生影响。”

Associate Professor Saeed Salehi
副教授Saeed Salehi

退役油井可能是俄克拉荷马州地热优势的关键

“俄克拉荷马州可以成为美国的地热之都,”墨尔本石油与地质工程学院副教授赛义德·萨利希说。萨利希认为,废弃油井是关键。

“地热能源最大的风险和成本是钻井。我们正在消除它。”萨利希说道。

Salehi和他的团队将成为世界上第一个将废弃油井改造成地热井的人,这个项目已经引起了Vox和福布斯等媒体的全国关注。Salehi皇冠体育研究项目中的四口井位于俄克拉荷马州的塔特尔。附近有两所学校。

当使用退役的化石燃料资产时,钻地热井的风险、成本和环境影响都变得过时了。尽管皇冠体育州的地热温度不像传统的地热能源地区那么热,但该州丰富的退役油井以及它们与最终用户的接近程度超过了人们认为的限制。

“我们很幸运,在整个州有这么多这样的井。他们靠近学校,靠近工厂,靠近农场。在俄克拉荷马州,我们不需要投资数英里的管道向最终用户输送能源,”萨利希说。

Ahmad Ghassemi’s Rock Mechanics Lab
在艾哈迈德·加塞米的岩石力学实验室里,人们对岩石进行各种各样的测试,以确定它们的特性。Ghassemi将一个岩心样本插入一台机器,该机器将模拟地球深处岩石的压力。

增产措施可以增加地热能产出,同时降低成本

Ahmad Ghassemi是McCasland主席和墨尔本石油与地质工程学院的石油工程教授,他参与了一项由美国能源部和Coso运营公司资助的皇冠体育研究,该皇冠体育研究旨在通过控制增产来提高地热发电量,同时降低生产成本。

利用先进的3D建模技术,Ghassemi和他的团队正在加利福尼亚东部的美国海军海军航空武器站中国湖皇冠体育研究长期使用的地热井周围区域。经过广泛的观察、建模和计算机模拟,他们将创建并监测油井周围的可控裂缝网络。他们认为,裂缝网络将以经济有效的方式提高油井产量。

“Ghassemi支持能源部的创新项目具有巨大的潜力,可以开辟新的途径,以低成本从地下提取地热能。这项重要的清洁能源技术的成功开发无疑将对俄克拉荷马州、美国和世界产生重大的现实影响。”Díaz de la Rubia说。

地上地下安全

钻油井和地热井的过程是相似的。墨尔本石油与地质工程学院教授兼石油工程主席Catalin Teodoriu是世界上最受尊敬的钻井皇冠体育研究人员之一。通过将他的专业知识应用于地热工程,OU定位于解决地热井的具体问题。

在地下,有两个常见的钻井问题:稳定性和热量。特奥多里乌的几个皇冠体育研究项目都涉及到这些因素。

“在世界各地钻探地热井时,我们经常会遇到坚硬的岩石。在这些环境中钻井会产生高振动,从而导致地下不稳定。”

利用世界上最大的钻井振动模拟器,他正在开发新的计算机算法,以在这些条件下安全钻井。除了振动问题,Teodoriu还开发了一种独特的长期水泥储存库,为改善此类井的施工和利用提供了信息。

由于地热井本身的性质,它们经常会接触到极端的温度。Teodoriu还在为地热井中使用的组件开发一种长期高温测试设备。

在地面上,特奥多里乌的另一个专业领域——人为因素——对地热能有着独特的应用。人为因素是一个将工程学和心理学相结合的领域,旨在识别和减少由人为错误引起的事故的原因。

Teodoriu说:“由于地热井涉及高温,而且目前的石油和天然气安全协议还没有完全适应高温、高压条件,因此钻地热井对工作人员和设备来说都是一个挑战。

Teodoriu开发了通用钻井语言(Universal Drilling Language),这是一种创新的培训理念,用于教授钻井人员和钻井队如何在钻井过程中进行沟通。训练有素的人员应该能够在面临快速、关键的决策时做出果断的反应。Teodoriu认为,Universal Drilling Language对于新的地热钻井人员来说尤其有价值,因为它有助于提高地热井的安全意识。

Megan Elwood Madden
梅根·埃尔伍德·马登

地热能的地球化学见解

梅根·埃尔伍德·马登,罗伯特和多丽丝·克拉布祖巴主席兼地球科学校长教授,是一位行星地质学家,因其与美国宇航局火星探测器任务的持续工作而闻名。她对盐水和矿物-流体相互作用的皇冠体育研究对地热系统有影响和应用。同样,助理教授Kato Dee使用地球化学模型来更好地了解地热系统。

地球物理学 对地热能的认识

地球物理学家和地球科学学院的助理教授Heather Bedle正在与她的学生一起创建详细的地下地质储层特征模型,这将有助于根据地下地质特征确定潜在的地热能源目标。此外,她的团队与属性辅助地震处理和解释皇冠体育研究联盟正在创建工作流程,以帮助地球科学家更好地识别地下断层和裂缝。

地质 对地热能的认识

据地球科学学院副教授约翰·皮戈特(John Pigott)称,“俄克拉荷马州地下温度超过126.8摄氏度的临界温度的地区,具有巨大的地热经济潜力。”

虽然在特定的井场有成千上万的温度记录,但由于各种原因,这些旧的数据点不能依赖。当收集到最古老的油井温度时,科学家们认为温度在某些深度是静态的。例如,他们认为皇冠体育州地表下10000英尺的温度是一样的。

“从来都不是这样,”皮戈特说。相反,温度的变化取决于许多因素,最明显的是一个地区的岩石类型。有些岩石传导和传递热量,有些则不然。然而,皇冠体育研究人员现在有了工具,可以通过一种称为热流导热系数校正的建模过程来准确预测大面积的地热温度。

皮戈特说:“这在皇冠体育州从来没有严格执行过。“如果资金充足,使用我们在OU拥有的3D盆地建模软件,可以在一年内轻松完成。”

Matthew Pranter教授和能源资源Victor E. Monnett主席利用他在石油地球科学方面的专业知识,专注于形成石油和地热储层的地质构造的地下表征和3D建模。

“作为世界上第一个石油地质项目,俄亥俄州立大学地球科学学院在地下储层表征和建模方面有几十年的历史,我们正在扩大这方面的专业知识,”Pranter说。与皇冠体育州地质调查局的高级皇冠体育研究地质学家Fnu Suriamin一起,他们正在探索深层沉积盆地地热资源的潜力,用于发电和供热。

为俄克拉荷马

随着皇冠体育app和跨学科的皇冠体育研究项目肯定会影响皇冠体育人,皇冠体育大学已经通过其在地热能领域的工作为社区服务。

俄克拉荷马州地质调查局

除了皇冠体育研究人员的专业知识和大学与行业领导者之间的长期关系外,皇冠体育州地质调查局的资源是该州地热能增长的一个差异化因素。

OGS的资源,如皇冠体育州石油信息中心(Oklahoma Petroleum Information Center),拥有来自近10,000口皇冠体育州超过100英里的岩心,来自超过50,000口井的样本,以及日志和历史现场报告,为公众(包括OU的皇冠体育研究人员)提供了丰富的数据。OGS的专家可以在制图、3D建模和使用该州的地震活动网络等领域进行咨询。

俄克拉荷马州地质调查局局长尼古拉斯·海曼说:“我们准备提供资源,并与工程师和地球科学家合作,使地热能在俄克拉荷马州成为现实。”

The OU Geothermal Team, (L-R), Esteban Ugarte, Abdelmjeed Mohamed, Camila Castillo, Karelia La Marca, Alex Cedola, Cesar Vivas Munar and Yuxing Wu.
OU地热团队(左至右),Esteban Ugarte, Abdelmjeed Mohamed, Camila Castillo, Karelia La Marca, Alex Cedola, Cesar Vivas Munar和Yuxing Wu。

地热上升

墨尔本大学地热崛起分会的学生参加了2022年能源地热大学竞赛,并赢得了竞赛。在竞赛中,他们设计并提出了一个系统,以重新利用俄克拉荷马州肖尼市的六口废弃油气井。在肖尼部落和波塔瓦托米部落的管辖范围内提供清洁、可再生的地热能源。俄亥俄州立大学地热学院的学生还为肖尼高中开发了一套课堂课程,将在该校的职业探索课程中实施。

OU地热崛起团队将于9月2日在OU诺曼校区举办利益相关者参与活动。来自能源部、国家可再生能源实验室、公民波塔瓦托米国家和肖尼公立学校的演讲嘉宾将出席。

“我们获奖的地热崛起团队体现了所有墨尔本学院学生的创造力和创新精神。我确信,从这所大学毕业的学生们将用同样的创造力为我们今天和未来面临的挑战找到解决方案。我们学院延续了皇冠体育州长达一个世纪的经济传统,在国内和世界各地提供安全,负担得起,可靠和可持续的能源,“MCEE院长和莱斯特A. Day家庭主席在墨尔本学院J.迈克斯蒂斯说。

萨伊德·萨利希(左)和博士生马吉德·穆罕默德(右),他们正在进行一个地热项目,该项目与地热井中的流体流动和漏失材料测试有关。图片来自Travis Caperton。

地热能源创造了经济多样性和灵活的劳动力

皇冠体育州在石油行业的悠久历史造就了熟练的当地劳动力,这对皇冠体育州在地热能源方面的努力取得成功至关重要。同样,地热能也为该州的能源劳动力提供了一种新的应用。

“在加入俄亥俄州立大学地热团队之前,我不明白地热工程和石油工程有多么紧密的联系,”石油工程皇冠体育研究生和地热崛起的成员亚历克斯·塞多拉说。“我现在对毕业后进入能源行业感到更加兴奋。”

博士候选人Cesar Vivas Munar与Salehi一起工作并参加了地热崛起竞赛,他赞同Cedola的观点。“令人兴奋的是,我们正在使用石油工程工具、软件和知识。它很容易转化为地热应用。我们的技能是可以转移的。这对石油工程专业的学生、业内人士以及俄克拉荷马州的能源公司来说都是一个皇冠体育。”

皇冠体育州地热能源的发展皇冠体育很多。无论是创造新能源,还是让曾经被认为枯竭的油井焕发生机,皇冠体育都在地热能源领域处于领先地位。而这仅仅是个开始。2024年秋季,墨尔本学院计划推出一项革命性的新本科学位课程,名为地球能源工程,该课程将培养新一代地热专家。

斯蒂斯说:“任何支持开发地热能以满足日益增长的能源需求的立法都将对我们的环境和经济做出积极贡献。”


本文作者:Sarah Warren,墨尔本地球与能源学院传播与活动主任。

要首页关于OU地热能源皇冠体育研究、教育和服务的信息,请联系sarah.warren@ou.edu,或联系皇冠体育研究与合作副校长营销和传播主任切尔西·朱利安(Chelsea Julian),邮箱chelseajulian@ou.edu


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