Évaluation de la performance d’un forage géothermique de conception améliorée.

Ce rapport presente les resultats d’un projet de recherche pour evaluer la performance d’un echangeur de chaleur geothermique a conception amelioree. Les tuyaux de l’echangeur de chaleur ont ete mis en place dans un forage conventionnel de 15,2 cm (6 pouces) de diametre et une profondeur de 164.59 m (540 pi). Les tuyaux ont une configuration en double U et ils sont fabriques en polyethylene haute densite (PEHD) enrichie de nanoparticules de carbone pour augmenter la conductivite thermique. Il n’y a pas d’entretoises pour separer les tuyaux. De plus, les tuyaux sont installes dans le puits qui a ete laisse ouvert, sans materiaux de remplissage, pour beneficier des mouvements de convection naturelle qui se produisent dans l’eau lors de l’injection de chaleur. Le projet a ete realise sur le site des Laboratoires pour l'innovation scientifique et technologique de l'environnement de l’INRS a Quebec. L’ensemble des travaux de terrain ainsi que l’analyse des donnees se sont deroules de septembre 2017 a mars 2018. Une collaboration avec les compagnies Forage Geothermique et Forage Beaumont & Fils a permis d’installer le nouveau puits geothermique et un autre puits d’observation. Des tests de reponse thermique (TRT) ont ete realises par l’INRS avec la collaboration et les equipements d’Energie-Stat. Les donnees des TRT ont ete analysees avec l’equation de la ligne source infinie, couplee au principe de superposition temporelle considerant les variations du taux d’injection de chaleur. La resistance thermique de forage inferee a l’echangeur de chaleur avec un double U a ete comparee a celle d’un puits installe avec un seul tuyau en U sur le meme site en 2015 (Ballard et al., 2016). L’analyse du TRT realisee sur l’echangeur de chaleur 2-U indique une conductivite thermique de la sous-surface de 1,72 W/(m-K) et une resistance thermique de forage egale a 0,060 (m-K)/W. En comparaison, l’echangeur de chaleur 1-U installe en 2015 dans le forage d’un diametre reduit de 4,5 po, sans entretoise et rempli avec un melange de coulis de bentonite et de sable de silice montre une conductivite thermique de la sous-surface de 1,75 W/(m-K) et une resistance thermique de forage egale a 0,088 (m-K)/W. La resistance thermique calculee selon les criteres de conception avec la methode des multipoles pour un forage de 6 po, avec doubles tubes en U ayant un espacement des tuyaux de 95 mm et des materiaux de remplissage d’une conductivite thermique de 1,2 W/(m-K), serait de 0.057 (m-K)/W. Dans ce calcul, il faut utiliser une conductivite thermique de l’eau plus elevee que la valeur reelle de facon a obtenir une resistance thermique semblable a celle inferee sur le terrain, ce qui demontre que la performance de l’echangeur de chaleur est amelioree par les mouvements de convection dans la colonne d’eau du puits.