Seasonal thermal energy storage – the HYDROCK concept

Abstract. A method for seasonal storage of heat or cold in the bedrock (the HYDROCK concept) is presented and its thermal performance discussed. It involves the use of a fractured bedrock at shallow depths (ca. 50–250 m), where existing fractures are stimulated or new fractures artificially created and used as flow-paths for a heat/cold carrier (usually water). The fracture surfaces are used as heat exchangers and the bedrock is loaded and unloaded to suit the energy needs. Propants are injected into the fractures to keep them open and reduce the energy needed for pumping water through the system. Field tests confirm that stacked parallel fractures can be produced by hydraulic fracturing. The thermal performance of the store is modelled and compared with a ducted ground heat store. It is shown that the HYDROCK store may yield 10–20% more energy during extraction than a ducted ground heat store for similar amounts of injected energy. This indicates that the HYDROCK concept is competitive as a seasonal energy store and may be of particular importance as an alternative energy source where existing methods cannot be economically justified.Résumé. Une méthode de stockage saisonnier de chaleur ou de froid dans le bedrock (concept HYDROCK) est présentée et ses performances thermiques étudiées. La roche hôte est une roche fracturée à faible profondeur (50 à 250 m). Les fractures sont artificiellement créées ou d'anciennes fractures sont stimulées et utilisées par un fluide caloporteur (en général de l'eau). Les surfaces des fractures jouent le rôle d'échangeurs de chaleur et le bedrock est sollicité par voie hydraulique pour satisfaire la demande d'énergie. Des agents de soutènement sont injectés dans les fractures pour les garder ouvertes et diminuer l'énergie nécessaire pour le pompage de l'eau. Des essais de terrain confirment la théorie suivant laquelle des fractures parallèles peuvent être connectées par fracturation hydraulique. Le rendement thermique du stockage de chaleur est modélisé et comparé à celui d'un stockage en canalisation enfouie. Il a été montré que le stockage HYDROCK peut libérer 10 à 20% d'énergie supplémentaire pendant l'extraction de chaleur par rapport au stockage en canalisation enfouie, pour des quantités similaires d'énergie stockée. Ceci indique que le concept HYDROCK est compétitif en tant que concept de stockage saisonnier d'énergie. Il peut jouer un rôle déterminant par comparaison avec des sources alternatives d'énergie dont la rentabilité économique n'a pas été jusqu'ici démontrée.