Design of a Geothermal Heat Extraction Well for Low-Grade Geothermal Energy from Landfilled Waste

ABSTRACT: With an increased focus on climate change and environmental footprint in recent years, methods to mitigate the use of non-renewable energy resources have received increased attention. Discussions have commenced about the potential of extracting heat produced from municipal solid waste (MSW). With this being relatively unexplored research, it is currently unknown whether feasible heat extraction is limited to warm region landfills where greater peak temperatures are achieved. To evaluate the feasibility of extracting heat from a landfill in the Saskatchewan climate, the thermal properties of the waste must be determined. Increasing unit weight and water content of MSW with depth causes the thermal properties to vary with depth. To gather field-scale data, an 82-day thermal response test (TRT) was performed at a Saskatchewan landfill. During this test, the temperature of the fluid circulating through a designed coaxial borehole heat exchanger (CBHE) was measured. Additionally, the thermal response was measured at various depths into the landfill and various radial distances from the CBHE. The thermal properties were then estimated using the infinite line source (ILS) analysis. These estimates will be revaluated in a finite element software and assess the feasibility extracting generated heat from a Saskatchewan landfill.

RÉSUMÉ: Avec un accent accru sur le changement climatique et l'empreinte environnementale ces dernières années, les méthodes pour atténuer l'utilisation des ressources énergétiques non renouvelables ont reçu une attention accrue. Des discussions ont commencé sur le potentiel d'extraction de la chaleur produite à partir des déchets solides municipaux (DSM). Cette recherche étant relativement inexplorée, on ne sait actuellement pas si l'extraction de chaleur réalisable est limitée aux décharges des régions chaudes où des températures de pointe plus élevées sont atteintes. Pour évaluer la faisabilité d'extraire la chaleur d'un site d'enfouissement dans le climat de la Saskatchewan, les propriétés thermiques des déchets doivent être déterminées. L'augmentation du poids unitaire et de la teneur en eau des MSW avec la profondeur fait varier les propriétés thermiques avec la profondeur. Pour recueillir des données à l'échelle du terrain, un test de réponse thermique (TRT) de 82 jours a été effectué dans une décharge de la Saskatchewan. Au cours de cet essai, la température du fluide circulant à travers un échangeur de chaleur de forage coaxial conçu (CBHE) a été mesurée. De plus, la réponse thermique a été mesurée à différentes profondeurs dans la décharge et à diverses distances radiales du CBHE. Les propriétés thermiques ont ensuite été estimées à l'aide de l'analyse de source linéaire infinie (ILS). Ces estimations seront réévaluées dans un logiciel d'éléments finis et évalueront la faisabilité d'extraire la chaleur générée d'un site d'enfouissement en Saskatchewan.