新型地?zé)?/h1>
2008-05-14 17:15呂靜
中國新聞周刊 2008年37期
呂 靜
只需開采地下巖石熱，就有可能為全世界提供足夠的綠色能源
在南澳大利亞，有一個(gè)名叫印納明卡的小鎮(zhèn)，其周圍1000公里都是荒漠。
印納明卡的永久居民只有12人，但每一年，都有超過5萬的旅游者來到此地，體驗(yàn)澳大利亞荒涼的內(nèi)地。要讓這些參觀者保持舒適涼爽，小城鎮(zhèn)每年花在柴油上的費(fèi)用大致是25萬美元。
不過，到了明年，這個(gè)鎮(zhèn)子的用電就免費(fèi)了，他們所用的電能采自地下“熱巖石”。
澳大利亞標(biāo)本
常規(guī)的地?zé)崮苋∽詼\表火山巖床表面自然流出的熱水，相比之下，熱巖石或者叫工程地?zé)嵯到y(tǒng)(EGS)，依靠的是通過地下5公里巖石并在其中循環(huán)加熱的水，石塊已經(jīng)被水沖壓得多孔滲水。不管是哪種地?zé)崮茉炊疾粫?huì)釋放出很多溫室氣體，可以說，地?zé)崮苁橇闩欧诺木G色能源。但是火山巖很稀少，EGS則可以利用普通類型的地下熱巖石收獲大量熱能。這樣，就提高了在地球上任何地方供應(yīng)可持續(xù)的、人們買得起的綠色能源的可能性。
在澳大利亞的很多地方，地表之下5公里都分布著炙熱的巖石，通過開采石油鉆探的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在很多地方這種巖石分布在較淺的地方。巖石的熱保持性使得它們很適合作為地?zé)岚l(fā)電站的基礎(chǔ)。而巖石的縫隙又可以使得它們能利用水來提取能源。印納明卡的地?zé)岚l(fā)電廠計(jì)劃將于今年圣誕前開始送電，屆時(shí)這座小鎮(zhèn)將用上第一次從庫伯盆地天然氣田附近鉆出的熱巖井所產(chǎn)生的電力。
那么，到底有多少能源儲(chǔ)存在熱巖石中？從中提取能源是不是很昂貴呢？在印納明卡周圍，有4000平方公里花崗巖的溫度超過250℃，這些巖石是有縫隙的，在壓力之下能夠容納熱水，要使能量變成可以利用的形式，并將巖石冷卻，就需要鉆出一組能夠抽取和注入水的井。冷水可以從一個(gè)井注入，再從另一個(gè)井吸出熱水，于是熱能就被提取出來，并可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。?dāng)水冷卻后可以重新注入井口(也可能采用太陽能表面設(shè)備預(yù)熱冷水)。
每立方米的巖石大概都蘊(yùn)含150千瓦時(shí)的能量，從中我們大致可以提取100千瓦時(shí)的電力。這樣算下來，澳大利亞每年所用的電力是15平方公里的花崗巖能，由于印納明卡地區(qū)至少有4000平方公里的花崗巖，那么，光是這一個(gè)地區(qū)就能產(chǎn)生夠澳大利亞用上266年的能源。
冰島首都雷克雅末聯(lián)合國大學(xué)地?zé)嵊?xùn)練項(xiàng)目主任弗雷德雷伏森(Ingvar Fridleifsson)是政府間氣候變化專業(yè)委員會(huì)2008年一次會(huì)議上地?zé)崮軋?bào)告的作者，他說：“在地球的上層殼中，蘊(yùn)含著超多的能源。假如EGS能夠被證實(shí)在商業(yè)規(guī)模上是經(jīng)濟(jì)的，那它在很多國家的發(fā)展?jié)摿⑹菬o限的。”麻省理工學(xué)院最近的一個(gè)研究認(rèn)為若美國政府投資10億美元，到了2050年就能為美國提供大約1億千瓦的電力，這個(gè)數(shù)字是美國現(xiàn)在整個(gè)電網(wǎng)的6%。
經(jīng)過十幾年的研發(fā)，地?zé)崮荛_采現(xiàn)在正處在一個(gè)關(guān)鍵時(shí)期。最早的歐洲實(shí)驗(yàn)性EGS工廠建在法國的蘇爾茲，是1500千瓦的發(fā)電站，目前即將開始連續(xù)發(fā)電；第二個(gè)3000千瓦的EGS電站建在德國的蘭道，它后來居上，已經(jīng)在售電。該電站得到了大量政府補(bǔ)貼。同時(shí)，美國能源部已經(jīng)宣告了對EGS從研究轉(zhuǎn)向商業(yè)化的投資計(jì)劃，這勢必將提高美國人再次成為熱巖石技術(shù)大玩家的希望——早在上世紀(jì)70年代，美國人就在新墨西哥的芬頓山最早證實(shí)了這一概念。
一筆經(jīng)濟(jì)賬
雖然這些發(fā)電廠都證明了該技術(shù)行之有效，卻還沒有人證實(shí)它是有成本效益的，這也正是澳大利亞的印納明卡參與進(jìn)來的原因。這座小鎮(zhèn)地處1000平方公里、深度達(dá)10公里的花崗巖石板上，石板受到天然放射性元素加熱，又覆蓋著4公里的保溫絕緣沉積層——庫伯盆地含量充裕的天然氣中。這里是地球上非火山巖組成最大最薄的地方，最熱的溫度可達(dá)290攝氏度，這使得它成為利用EGS發(fā)電的理想之地，這里儲(chǔ)存的熱能多得足以讓開發(fā)商快速建成商業(yè)規(guī)模的經(jīng)營系統(tǒng)。
政府和私人投資者都在將錢投資到EGS，對財(cái)富的渴望能讓人掘地三尺。在澳大利亞，總共有33家公司正在開發(fā)EGS，每個(gè)州都有人在開發(fā)。其中一家公司位于布里斯班，叫做地球動(dòng)力公司，它對印納明卡下的花崗巖有獨(dú)家開采權(quán)。
地球動(dòng)力的首席科學(xué)家和執(zhí)行主任維伯恩說：“我們預(yù)測這里一塊花崗巖石板具有0.5億～1億千瓦的發(fā)電潛力，根據(jù)這里的地質(zhì)、溫度，我們能估算出開采熱能的效率?！?/p>
籌建新型地?zé)岚l(fā)電廠最大的花費(fèi)應(yīng)是鉆井，但隨著經(jīng)驗(yàn)的增加這部分費(fèi)用會(huì)逐漸下降。鉆井的費(fèi)用主要來自于購買鉆機(jī)和管道的錢，這部分資金受到利息的影響。還有一個(gè)遺憾，是這種熱巖石板距離澳大利亞國家電網(wǎng)有500公里的距離。鋪設(shè)通向電網(wǎng)的電線將增加額外的起始啟動(dòng)資金。
據(jù)估算，要滿足一個(gè)國家的用電需求，鉆井和建立發(fā)電站大致最多要花費(fèi)6000億美元。而實(shí)際上，根據(jù)經(jīng)濟(jì)尺度的不同和進(jìn)一步經(jīng)驗(yàn)的增加，這個(gè)費(fèi)用會(huì)降下來很多。10年之后，一度電的成本有望降低到4美分。
除了基礎(chǔ)建設(shè)的成本費(fèi)用，一個(gè)地?zé)岚l(fā)電站的運(yùn)營成本是1度電1美分，這至少要比燒煤的火力發(fā)電站的成本低一半。地?zé)岚l(fā)電廠可以被設(shè)計(jì)成至少運(yùn)營100年，是具有長期經(jīng)濟(jì)效益的工廠，轉(zhuǎn)向地?zé)豳Y源是值得考慮的。
期待更多的示范嘗試
自從2003年以來，地球動(dòng)力公司的工程師已經(jīng)鉆出了兩口4公里深的井，取名為哈瓦那井。他們在高壓下迫使水流入注入井，然后通過巖石擴(kuò)展到自然斷層，再轉(zhuǎn)到多孔的地下熱交換器。
關(guān)鍵的是，如果水的流動(dòng)太慢，就有不經(jīng)濟(jì)的風(fēng)險(xiǎn)；也不能太快，不然就難以維持，因?yàn)槿绻麩崃勘惶崛∵^快，就來不及從臨近的巖石中傳導(dǎo)補(bǔ)充。
今年7月，地球動(dòng)力公司計(jì)劃將一種顏料注入這個(gè)系統(tǒng)，這樣就可以監(jiān)視生產(chǎn)井的濃度。這種染料將給通過石縫的水“做上記號(hào)”，告訴工程師地下網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模。這些數(shù)據(jù)將被用于溫度記錄，以計(jì)算出有多少熱量可以從兩口井開采出來。假如一切都按計(jì)劃進(jìn)行，地球動(dòng)力公司將能夠“宣告儲(chǔ)量”，這就意味著，該公司可以發(fā)布一個(gè)審計(jì)聲明，合理地預(yù)測出將能從這些水井中開采出多少能量。該公司希望能宣布達(dá)1萬千瓦，這個(gè)數(shù)量足夠一個(gè)有1萬人口的小鎮(zhèn)使用電力。
到2009年1月，該公司計(jì)劃建成一個(gè)1000千瓦的示范工廠，為印納明卡供電；三年以后，他們希望走向商業(yè)化，在當(dāng)?shù)赜?口井建成一個(gè)5萬千瓦的發(fā)電廠；到2016年將會(huì)把規(guī)模再擴(kuò)大10倍。
不管結(jié)果如何，專家都同意，要想使EGS成為主流技術(shù)，將需要更多成功的商業(yè)規(guī)模示范工廠。麻省理工學(xué)院的泰斯特說：“要降低風(fēng)險(xiǎn)使得銀行投資，我們需要3至4個(gè)示范工廠，這些工廠要建在不同的地點(diǎn)，至少要經(jīng)營5年以上。”
不可避免地，這些選擇用來建發(fā)電廠的地址不如庫伯盆地條件好，人們要從并不太熱的和更深層巖石結(jié)構(gòu)中獲得熱量。但是，泰斯特、韋伯恩和其他人都有信心能夠成功，像EGS這樣的替換能源相比之下是便宜的。
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不過，到了明年，這個(gè)鎮(zhèn)子的用電就免費(fèi)了，他們所用的電能采自地下“熱巖石”。
澳大利亞標(biāo)本
常規(guī)的地?zé)崮苋∽詼\表火山巖床表面自然流出的熱水，相比之下，熱巖石或者叫工程地?zé)嵯到y(tǒng)(EGS)，依靠的是通過地下5公里巖石并在其中循環(huán)加熱的水，石塊已經(jīng)被水沖壓得多孔滲水。不管是哪種地?zé)崮茉炊疾粫?huì)釋放出很多溫室氣體，可以說，地?zé)崮苁橇闩欧诺木G色能源。但是火山巖很稀少，EGS則可以利用普通類型的地下熱巖石收獲大量熱能。這樣，就提高了在地球上任何地方供應(yīng)可持續(xù)的、人們買得起的綠色能源的可能性。
在澳大利亞的很多地方，地表之下5公里都分布著炙熱的巖石，通過開采石油鉆探的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在很多地方這種巖石分布在較淺的地方。巖石的熱保持性使得它們很適合作為地?zé)岚l(fā)電站的基礎(chǔ)。而巖石的縫隙又可以使得它們能利用水來提取能源。印納明卡的地?zé)岚l(fā)電廠計(jì)劃將于今年圣誕前開始送電，屆時(shí)這座小鎮(zhèn)將用上第一次從庫伯盆地天然氣田附近鉆出的熱巖井所產(chǎn)生的電力。
那么，到底有多少能源儲(chǔ)存在熱巖石中？從中提取能源是不是很昂貴呢？在印納明卡周圍，有4000平方公里花崗巖的溫度超過250℃，這些巖石是有縫隙的，在壓力之下能夠容納熱水，要使能量變成可以利用的形式，并將巖石冷卻，就需要鉆出一組能夠抽取和注入水的井。冷水可以從一個(gè)井注入，再從另一個(gè)井吸出熱水，于是熱能就被提取出來，并可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。?dāng)水冷卻后可以重新注入井口(也可能采用太陽能表面設(shè)備預(yù)熱冷水)。
每立方米的巖石大概都蘊(yùn)含150千瓦時(shí)的能量，從中我們大致可以提取100千瓦時(shí)的電力。這樣算下來，澳大利亞每年所用的電力是15平方公里的花崗巖能，由于印納明卡地區(qū)至少有4000平方公里的花崗巖，那么，光是這一個(gè)地區(qū)就能產(chǎn)生夠澳大利亞用上266年的能源。
冰島首都雷克雅末聯(lián)合國大學(xué)地?zé)嵊?xùn)練項(xiàng)目主任弗雷德雷伏森(Ingvar Fridleifsson)是政府間氣候變化專業(yè)委員會(huì)2008年一次會(huì)議上地?zé)崮軋?bào)告的作者，他說：“在地球的上層殼中，蘊(yùn)含著超多的能源。假如EGS能夠被證實(shí)在商業(yè)規(guī)模上是經(jīng)濟(jì)的，那它在很多國家的發(fā)展?jié)摿⑹菬o限的。”麻省理工學(xué)院最近的一個(gè)研究認(rèn)為若美國政府投資10億美元，到了2050年就能為美國提供大約1億千瓦的電力，這個(gè)數(shù)字是美國現(xiàn)在整個(gè)電網(wǎng)的6%。
經(jīng)過十幾年的研發(fā)，地?zé)崮荛_采現(xiàn)在正處在一個(gè)關(guān)鍵時(shí)期。最早的歐洲實(shí)驗(yàn)性EGS工廠建在法國的蘇爾茲，是1500千瓦的發(fā)電站，目前即將開始連續(xù)發(fā)電；第二個(gè)3000千瓦的EGS電站建在德國的蘭道，它后來居上，已經(jīng)在售電。該電站得到了大量政府補(bǔ)貼。同時(shí)，美國能源部已經(jīng)宣告了對EGS從研究轉(zhuǎn)向商業(yè)化的投資計(jì)劃，這勢必將提高美國人再次成為熱巖石技術(shù)大玩家的希望——早在上世紀(jì)70年代，美國人就在新墨西哥的芬頓山最早證實(shí)了這一概念。
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政府和私人投資者都在將錢投資到EGS，對財(cái)富的渴望能讓人掘地三尺。在澳大利亞，總共有33家公司正在開發(fā)EGS，每個(gè)州都有人在開發(fā)。其中一家公司位于布里斯班，叫做地球動(dòng)力公司，它對印納明卡下的花崗巖有獨(dú)家開采權(quán)。
地球動(dòng)力的首席科學(xué)家和執(zhí)行主任維伯恩說：“我們預(yù)測這里一塊花崗巖石板具有0.5億～1億千瓦的發(fā)電潛力，根據(jù)這里的地質(zhì)、溫度，我們能估算出開采熱能的效率?！?/p>
籌建新型地?zé)岚l(fā)電廠最大的花費(fèi)應(yīng)是鉆井，但隨著經(jīng)驗(yàn)的增加這部分費(fèi)用會(huì)逐漸下降。鉆井的費(fèi)用主要來自于購買鉆機(jī)和管道的錢，這部分資金受到利息的影響。還有一個(gè)遺憾，是這種熱巖石板距離澳大利亞國家電網(wǎng)有500公里的距離。鋪設(shè)通向電網(wǎng)的電線將增加額外的起始啟動(dòng)資金。
據(jù)估算，要滿足一個(gè)國家的用電需求，鉆井和建立發(fā)電站大致最多要花費(fèi)6000億美元。而實(shí)際上，根據(jù)經(jīng)濟(jì)尺度的不同和進(jìn)一步經(jīng)驗(yàn)的增加，這個(gè)費(fèi)用會(huì)降下來很多。10年之后，一度電的成本有望降低到4美分。
除了基礎(chǔ)建設(shè)的成本費(fèi)用，一個(gè)地?zé)岚l(fā)電站的運(yùn)營成本是1度電1美分，這至少要比燒煤的火力發(fā)電站的成本低一半。地?zé)岚l(fā)電廠可以被設(shè)計(jì)成至少運(yùn)營100年，是具有長期經(jīng)濟(jì)效益的工廠，轉(zhuǎn)向地?zé)豳Y源是值得考慮的。
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自從2003年以來，地球動(dòng)力公司的工程師已經(jīng)鉆出了兩口4公里深的井，取名為哈瓦那井。他們在高壓下迫使水流入注入井，然后通過巖石擴(kuò)展到自然斷層，再轉(zhuǎn)到多孔的地下熱交換器。
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今年7月，地球動(dòng)力公司計(jì)劃將一種顏料注入這個(gè)系統(tǒng)，這樣就可以監(jiān)視生產(chǎn)井的濃度。這種染料將給通過石縫的水“做上記號(hào)”，告訴工程師地下網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模。這些數(shù)據(jù)將被用于溫度記錄，以計(jì)算出有多少熱量可以從兩口井開采出來。假如一切都按計(jì)劃進(jìn)行，地球動(dòng)力公司將能夠“宣告儲(chǔ)量”，這就意味著，該公司可以發(fā)布一個(gè)審計(jì)聲明，合理地預(yù)測出將能從這些水井中開采出多少能量。該公司希望能宣布達(dá)1萬千瓦，這個(gè)數(shù)量足夠一個(gè)有1萬人口的小鎮(zhèn)使用電力。
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不管結(jié)果如何，專家都同意，要想使EGS成為主流技術(shù)，將需要更多成功的商業(yè)規(guī)模示范工廠。麻省理工學(xué)院的泰斯特說：“要降低風(fēng)險(xiǎn)使得銀行投資，我們需要3至4個(gè)示范工廠，這些工廠要建在不同的地點(diǎn)，至少要經(jīng)營5年以上。”
不可避免地，這些選擇用來建發(fā)電廠的地址不如庫伯盆地條件好，人們要從并不太熱的和更深層巖石結(jié)構(gòu)中獲得熱量。但是，泰斯特、韋伯恩和其他人都有信心能夠成功，像EGS這樣的替換能源相比之下是便宜的。
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