Энергия из сверхглубоких недр: Quaise Energy задействует микроволны для геотермальной революции

Компания Quaise Energy ставит перед собой амбициозную задачу — сделать геотермальную энергию доступной практически в любой точке планеты. В отличие от традиционных методов, которые полагаются на естественные источники тепла вблизи поверхности, Quaise планирует бурить скважины на беспрецедентную глубину, используя для этого мазеры.

Мазеры представляют собой устройства, генерирующие узконаправленные пучки высокочастотного электромагнитного излучения — фактически это микроволновый аналог лазера. В установках Quaise используются миллиметровые волны частотой 105 ГГц. Мощности этого луча достаточно, чтобы разрушать, плавить и даже испарять породу без физического контакта с ней.

Преимущества сверхгорячей геотермии

За пределами активных вулканических зон породы, разогретые до 400 °C, обычно залегают на большой глубине. При среднем геотермическом градиенте около 25 °C на каждый километр, для достижения нужных температур необходимо пробурить скважину глубиной от 14 до 16 километров. Традиционные станции работают при температурах 150–200 °C, однако сверхгорячие системы способны производить в 5–10 раз больше энергии на одну скважину за счет более эффективной циркуляции воды.

Ключевой целью компании является достижение состояния сверхкритической воды (при температуре выше 374 °C и давлении более 221 бар). В этом состоянии вода обладает плотностью жидкости и текучестью газа, что делает её чрезвычайно энергоемким теплоносителем.

Проект Obsidian: первый этап реализации

Первая промышленная установка компании, получившая название Project Obsidian, должна быть запущена в 2030 году. Строительство первой фазы станции мощностью 50 МВт уже ведется в штате Орегон, к югу от города Бенд. Выбор места обусловлен близостью активного вулкана Ньюберри, где геотермальная активность проявляется ближе к поверхности.

План развития проекта включает следующие этапы:

• Первая фаза: бурение скважины глубиной около 4,8 км для достижения температуры 315 °C (пиковые значения до 365 °C).
• Запуск станции мощностью 50 МВт к 2030 году для обеспечения круглосуточной генерации чистой энергии.
• Вторая фаза: создание системы скважин с температурой до 415 °C, что станет мировым рекордом для подобных систем.

По оценкам инженеров проекта, если первые скважины покажут ожидаемые результаты, их производительность будет сопоставима с самыми эффективными нефтегазовыми месторождениями по эквиваленту вырабатываемой мощности.

Результаты полевых испытаний в Техасе

В ходе последних демонстраций в Хьюстоне специалисты Quaise Energy успешно применили гиротрон мощностью 100 кВт — устройство для генерации микроволнового излучения. На испытательной площадке Nabors удалось углубиться на 3 метра, оплавляя стенки скважины до состояния стекловидной оболочки. Позже, на полигоне в Марбл-Фолс, тактика была изменена: мощность луча слегка снизили, чтобы не плавить, а превращать породу в пыль (абляция), которая затем выдувается на поверхность сжатым воздухом. Этот метод оказался значительно быстрее и эффективнее.

Во время испытаний в Техасе была достигнута глубина 118 метров. Процесс был остановлен лишь из-за нехватки специализированных секций волновода — полых металлических трубок с особой внутренней нарезкой, которые доставляют энергию к излучателю на дне скважины. На данный момент это считается самой глубокой скважиной в мире, пробуренной исключительно с помощью микроволновых технологий.

Масштабирование и глобальные перспективы

Следующим шагом станет использование гиротрона мощностью 1 МВт. Новая установка будет размещена в стандартном 12-метровом морском контейнере. С её помощью планируется пробурить скважину глубиной 1 км и диаметром около 21,6 см уже в следующем году.

Стратегия Quaise Energy предполагает гибридный подход:

• Верхние слои почвы проходятся обычными буровыми установками, что дешевле и проще.
• На большой глубине, где экстремальные температуры и твердость пород быстро выводят из строя механические буры, в дело вступают миллиметровые волны.

В случае успеха технология позволит переместить геотермальную энергетику из категории узкоспециализированных решений в разряд основных источников питания энергосетей. На текущий момент доля геотермальной энергии в мире составляет всего около 0,4% от общей генерации. Например, в США мощность таких станций не достигает и 4 ГВт. Использование сверхгорячих ресурсов позволит строить высокоэффективные электростанции гигаваттного класса практически в любом регионе мира.