Verktækni - 2018, Qupperneq 42

42 VERKTÆKNI 2018/24
TÆKNI- OG VÍSINDAGREINAR
Inngangur
Jarðvarmaorka tilheyrir þeim flokki orkugjafa sem kallast græn orka,
ásamt öðrum umhverfisvænum orkugjöfum eins og vatns-, sólar- og
vindorku[1]. Þrátt fyrir að vera umhverfisvæn orka er ekki sjálfgefið að
jarðvarmaorka sé sjálfbær. Til þess að teljast sjálfbær orka þarf jarðhita-
vinnsla úr jarðhitakerfunum að fylgja þeim takmörkunum sem fylgir
hverju kerfi fyrir sig. Hvert jarðhitakerfi hefur mörk sem kallast hámark
sjálfbærrar vinnslu og til þess að hægt sé að vinna orku úr slíkum
kerfum til langframa þarf vinnslan að vera innan þeirra marka. Reikna
þarf þessi mörk fyrir hvert jarðhitakerfi og er stærð og hitastig kerfisins
veigamikill þáttur í þeim útreikningum. Mikilvægt er að viðhalda
þrýstingi og hita á meðan vinnslu stendur svo ekki sé gengið á jarð-
hitakerfið og er það meðal annars gert með samdrætti í vinnslu eða
með því að dæla jarðhitavökvanum aftur inn á kerfið[2].
Niðurdæling á jarðvarmavökva felur í sér að affallsvatni, sem búið
er að nýta orku úr, er dælt aftur niður í jarðhitageyminn og viðheldur
þannig þrýstingi inni í jarðhitakerfinu. Þessi aðferð telst oftar en ekki
vera fýsilegri kostur en samdráttur í orkuframleiðslu vegna mikillar
eftirspurnar á orku[3]. Niðurdæling er ekki einungis æskileg aðferð
þegar horft er til sjálfbærni jarðvarmaorku, því þessi aðferð er einnig
umhverfisvænni kostur en að dæla affallsvatninu út í umhverfið.
Sérstakar niðurdælingarholur eru boraðar í þeim eina tilgangi að dæla
vatni niður í jarðhitakerfin.
Útfellingar kísils í jarðvarmavirkjunum
Þegar kemur að niðurdælingu eru útfellingar steinefna algengt vanda-
mál í jarðvarmavirkjunum og má þá helst nefna kísilinn í því samhengi.
Útfellingarnar gera það erfitt að dæla affalsvatninu niður þar sem þær
valda stíflum og gera þannig ferlið mjög kostnaðarsamt. Í jarðvarma-
virkjunum á háhitasvæðum er borað eftir vatni sem er um það bil
200°C heitt og undir miklum þrýstingi. Þessi gífurlegi hiti og þrýsting-
ur veldur því að vatnið sem kemur upp er í flestum tilfellum tvífasa,
sem mjög heit gufa og vatn. Við þetta hitastig er kísillinn í vökvanum í
uppleystu formi, eða kísilsýru[4]. Leysni kísilsins er háð hitastigi annars
vegar og sýrustigi hins vegar (mynd 1), sem veldur því að þegar vök-
vinn kólnar hefst ferli sem kallast fjölliðun sem er fyrsta stig útfellingar.
Uppleystar kísilsameindir í vökvanum rekast hver á aðra og mynda
efnasamband, en efnahvarfið sem á sér stað við slíkan árekstur er eft-
irfarandi:
Kísilsameindirnar sameinast í tilviljunarkenndar keðjur án forms (e.
amorphous silica), sjá mynd 2, sem taka að stækka við ákveðin varma-
fræðileg skilyrði sem eru háð pH-gildi.
Þegar einliða kísilsameindir í vökvanum eru orðnar of fáar hættir
kísilinn að mynda keðjur, þar sem mikla orku þarf til þess að mynda
slíkar keðjur, en þess í stað leysast smærri kísilagnir upp og bindast
þeim keðjum sem þegar hafa myndast sem krefst mun minni orku.
Kísilkeðjurnar halda því áfram að stækka þar til þær mynda kísilkorn
sem eru á milli 0,003 til 5 µm að stærð. Þegar kísilkornin hafa náð
þessari stærð byrja þau að falla út sökum þyngdar sinnar. Þegar kísilinn
fellur út, til að mynda í lögnum jarðvarmavirkjana eða í niðurdæl-
ingarholum, myndar hann einliða lag af kísli innan á lagnaveggjunum
sem verður til þess að keðjuverkun fer af stað sem veldur enn meiri
útfellingu, þar sem kísilsameindir bindast við einliða kísilinn sem
þekur lagnirnar[5]. Þessi keðjuverkun veldur því að lagnir og niður-
dælingarholur jarðvarmavirkjana geta stíflast (mynd 3)[6].
Falin verðmæti í jarðvarmaorku
Hildur Rún Sigurðardóttir Kvaran
geoSilica Iceland ehf, Grænásbraut 506, 262 Reykjanesbær
Fyrirspurnir: Hildur Rún Sigurðardóttir Kvaran – hildur@geosilica.com
Mynd 1: Leysni formlauss kísils
Mynd 2: Dæmigerð kísilsameind
Mynd 3: Kísilútfellingar í niðurdælingarholu