Abstract A direct CO2-Plume Geothermal (CPG) system is a novel technology that uses captured and geologically stored CO2 as the subsurface working fluid in sedimentary basin reservoirs to extract geothermal energy. In such a CPG system, the CO2 that enters the production well is likely saturated with H2O from the geothermal reservoir. However, direct CPG models thus far have only considered energy production via pure (i.e. dry) CO2 in the production well and its direct conversion in power generation equipment. Therefore, we analyze here, how the wellhead fluid pressure, temperature, liquid water fraction, and the resultant CPG turbine power output are impacted by the production of CO2 saturated with H2O for reservoir depths ranging from 2.5 km to 5.0 km and geothermal temperature gradients between 20 °C/km and 50 °C/km. We demonstrate that the H2O in solution is exothermically exsolved in the vertical well, increasing the fluid temperature relative to dry CO2, resulting in the production of liquid H2O at the wellhead. The increased wellhead fluid temperature increases the turbine power output on average by 15% to 25% and up to a maximum of 41%, when the water enthalpy of exsolution is considered and the water is (conservatively) removed before the turbine, which decreases the fluid mass flow rate through the turbine and thus power output. We show that the enthalpy of exsolution and the CO2-H2O solution density are fundamental components in the calculation of CPG power generation and thus should not be neglected or substituted with the properties of dry CO2.

中文翻译：

---

由于 CO2 羽状地热 (CPG) 发电厂中放出的水放热，发电量增加

摘要 直接CO2-羽状地热（CPG）系统是一种利用捕获和地质储存的CO2作为沉积盆地水库中的地下工作流体来提取地热能的新技术。在这样的 CPG 系统中，进入生产井的 CO2 很可能被地热储层中的 H2O 所饱和。然而，迄今为止，直接 CPG 模型仅考虑通过生产井中的纯（即干）CO2 产生的能源及其在发电设备中的直接转化。因此，我们在此分析井口流体压力、温度、液态水比例以及由此产生的 CPG 涡轮机功率输出如何受到储层深度范围为 2.5 km 至 5.0 km 的 H2O 饱和 CO2 产量以及之间的地热温度梯度的影响。 20 °C/km 和 50 °C/km。我们证明溶液中的 H2O 在垂直井中以放热方式溶出，增加了相对于干 CO2 的流体温度，导致在井口生产液态 H2O。当考虑到水的溶出焓并且水在涡轮前被（保守地）去除时，井口流体温度的增加使涡轮功率输出平均增加了 15% 到 25%，最高可达 41%，这降低了涡轮机功率输出。通过涡轮机的流体质量流量和功率输出。我们表明，溶出焓和 CO2-H2O 溶液密度是 CPG 发电计算中的基本组成部分，因此不应被忽略或用干 CO2 的特性代替。相对于干 CO2 增加流体温度，导致在井口生产液态 H2O。当考虑到水的溶出焓并且水在涡轮前被（保守地）去除时，井口流体温度的增加使涡轮功率输出平均增加了 15% 到 25%，最高可达 41%，这降低了涡轮机功率输出。通过涡轮机的流体质量流量和功率输出。我们表明，溶出焓和 CO2-H2O 溶液密度是 CPG 发电计算中的基本组成部分，因此不应被忽略或用干 CO2 的特性代替。相对于干 CO2 增加流体温度，导致在井口生产液态 H2O。当考虑到水的溶出焓并且水在涡轮前被（保守地）去除时，井口流体温度的增加使涡轮功率输出平均增加了 15% 到 25%，最高可达 41%，这降低了涡轮机功率输出。通过涡轮机的流体质量流量和功率输出。我们表明，溶出焓和 CO2-H2O 溶液密度是 CPG 发电计算中的基本组成部分，因此不应被忽略或用干 CO2 的特性代替。当考虑水的溶出焓并且水在涡轮机之前（保守地）去除时，这会降低通过涡轮机的流体质量流量，从而降低功率输出。我们表明，溶出焓和 CO2-H2O 溶液密度是 CPG 发电计算中的基本组成部分，因此不应被忽略或用干 CO2 的特性代替。当考虑水的溶出焓并且水在涡轮机之前（保守地）去除时，这会降低通过涡轮机的流体质量流量，从而降低功率输出。我们表明，溶出焓和 CO2-H2O 溶液密度是 CPG 发电计算中的基本组成部分，因此不应被忽略或用干 CO2 的特性代替。