Logo: to the web site of Uppsala University

uu.sePublications from Uppsala University
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
A Numerical Analysis on the Effects of Using CO2 as a Driving Fluid for a Geothermal Plant
Uppsala University, Disciplinary Domain of Science and Technology, Earth Sciences, Department of Earth Sciences, LUVAL.
2020 (English)Independent thesis Basic level (professional degree), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

To limit the effect of global warming society needs clean energy sources and to reduce emissions of greenhouse gases into the atmosphere. By combining carbon capture and storage technologies together with geothermal power production it is possible to gain fossil free energy while potentially storing CO2 at the same time. Furthermore, it would be possible to reduce the emissions from geothermal sites with high greenhouse gas content in the groundwater by recirculating the retrieved fluid. Many uncertainties remain however about this type of adaptation.

To study this, this master thesis investigated how a geothermal system would be effected by comparing a water injection with 10 % CO2 to a pure water injection. A 2D model over a 1000 m times 1000 m horizontal fracture zone with two boreholes spaced 500 m apart and a injection rate of 1 kg/s was simulated using the iTOUGH2 software with the ECO2N module, designed for numerical simulations regarding geohydrological systems.

In addition to comparing the two injection scenarios stated above, the effects of changing the injection rate, CO2 concentration in the injection fluid, permeability and surrounding pressure as well as introducing salinity and having an initial CO2 saturated liquid phase were investigated as well.

It was concluded that using CO2 in the injection fluid does allow for a large greenhouse gas sequestration while slightly increasing the heat production, but the system experienced a significant pressure increase while doing so. It was suggested that further investigations regarding adjustments of injection rate and concentration of CO2 was to be performed to find an optimal injection strategy, and to study the impact of different salinity concentrations in both the fracture zone and the injection fluid.

Abstract [sv]

För att begränsa konsekvenserna av den globala uppvärmningen behöver dagens samhällen tillgång på fossilfri energi och reducera utsläppen av växthusgaser. Genom att kombinera koldioxidlagringsteknik och geotermisk elproduktion är det möjligt att få utsläppsfri energi samtidigt som det lagras CO2. Vidare finns möjligheten att återcirkulera den upphämtade vätskan för geotermiska kraftverk i områden med högt växthusgasinnehåll i grundvattnet, för att på så vis minska utsläppen från dessa kraftverk. Emellertid så återstår det många osäkerheter kring den här typen av implementation.

För att undersöka detta har ett geotermiskt system studerats hur det skulle påverkas av att använda en vatteninjektion med 10 % CO2 i jämförelse mot rent vatten. En 2D modell över en 1000 m x 1000 m horisontell sprickzon med två borrhål 500 m ifrån varandra och en injektionshastighet på 1 kg/s simulerades med modulen ECO2N till mjukvaran iTOUGH2, en mjukvara som är speciellt designat för att numeriskt simulera geohydrologiska system.

Förutom att jämföra de två injektionsscenariorna ovan så undersöktes även hur skillnader i injektionshastigheten, injektionskoncentrationen av CO2, permeabiliteten och sprickzonens tryck samt införandet av salinitet och en initialt CO2 mättad vätskefas påverkade resultatet.

Slutsatsen blev att genom att använda CO2 i injektionsflödet så möjliggörs en stor lagring av CO2 samtidigt som värmeproduktionen ökar något, men med en stor tryckökning i sprickzonen som följd. Det rekommenderades att göra flera undersökningar på justeringar av injektionshastigheten och CO2 koncentrationen för att hitta en optimal injektionsstrategi, samt att studera hur olika salthalter i både sprickzonen och i injektionsfluiden skulle påverka resultatet.

Place, publisher, year, edition, pages
2020. , p. 35
Series
UPTEC W, ISSN 1401-5765 ; 20012
Keywords [en]
reinjection, two-phase flow, geothermal energy, CO2 sequestration, iTOUGH2, ECO2N
Keywords [sv]
återinjektion, tvåfasflöde, geotermisk energi, koldioxidlagring, iTOUGH2, ECO2N
National Category
Other Earth and Related Environmental Sciences
Identifiers
URN: urn:nbn:se:uu:diva-405912OAI: oai:DiVA.org:uu-405912DiVA, id: diva2:1410862
Educational program
Master Programme in Environmental and Water Engineering
Supervisors
Examiners
Available from: 2020-03-10 Created: 2020-03-02 Last updated: 2020-03-10Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(1758 kB)147 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1758 kBChecksum SHA-512
3f1aaeb24f773a693d3ee95b9eb32f3209be4b5585702d9c23b5f165645096537606206f1de8d65ab4f3baa00134627407992861b69f60142e8fb5e9ad70443a
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
LUVAL
Other Earth and Related Environmental Sciences

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 147 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 214 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf