新型地熱

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用大致是25萬美元。

不過，到了明年，這個鎮(zhèn)子的用電就免費了，他們所用的電能采自地下“熱巖石”。

澳大利亞標本

常規(guī)的地熱能取自淺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熱系統(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。不管是哪種地熱能源都不會釋放出很多溫室氣體，可以說，地熱能是零排放的綠色能源。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熱發(fā)電站的基礎。而巖石的縫隙又可以使得它們能利用水來提取能源。印納明卡的地熱發(fā)電廠計劃將于今年圣誕前開始送電，屆時這座小鎮(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。冷水可以從一個井注入，再從另一個井吸出熱水，于是熱能就被提取出來，并可以進一步轉變?yōu)殡娔堋．斔鋮s后可以重新注入井口(也可能采用太陽能表面設備預熱冷水)。

每立方米的巖石大概都蘊含150千瓦時的能量，從中我們大致可以提取100千瓦時的電力。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)合國大學地熱訓練項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2008年一次會議上地熱能報告的作者，他說：“在地球的上層殼中，蘊含著超多的能源。假如EGS能夠被證實在商業(yè)規(guī)模上是經(jīng)濟的，那它在很多國家的發(fā)展?jié)摿⑹菬o限的。”麻省理工學院最近的一個研究認為若美國政府投資10億美元，到了2050年就能為美國提供大約1億千瓦的電力，這個數(shù)字是美國現(xiàn)在整個電網(wǎng)的6%。

經(jīng)過十幾年的研發(fā)，地熱能開采現(xiàn)在正處在一個關鍵時期。最早的歐洲實驗性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貼。同時，美國能源部已經(jīng)宣告了對EGS從研究轉向商業(yè)化的投資計劃，這勢必將提高美國人再次成為熱巖石技術大玩家的希望——早在上世紀70年代，美國人就在新墨西哥的芬頓山最早證實了這一概念。

一筆經(jīng)濟賬

雖然這些發(fā)電廠都證明了該技術行之有效，卻還沒有人證實它是有成本效益的，這也正是澳大利亞的印納明卡參與進來的原因。這座小鎮(zhèn)地處1000平方公里、深度達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290攝氏度，這使得它成為利用EGS發(fā)電的理想之地，這里儲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，叫做地球動力公司，它對印納明卡下的花崗巖有獨家開采權。

地球動力的首席科學家和執(zhí)行主任維伯恩說：“我們預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、溫度，我們能估算出開采熱能的效率?！?/p>

籌建新型地熱發(fā)電廠最大的花費應是鉆井，但隨著經(jīng)驗的增加這部分費用會逐漸下降。鉆井的費用主要來自于購買鉆機和管道的錢，這部分資金受到利息的影響。還有一個遺憾，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。鋪設通向電網(wǎng)的電線將增加額外的起始啟動資金。

據(jù)估算，要滿足一個國家的用電需求，鉆井和建立發(fā)電站大致最多要花費6000億美元。而實際上，根據(jù)經(jīng)濟尺度的不同和進一步經(jīng)驗的增加，這個費用會降下來很多。10年之后，一度電的成本有望降低到4美分。

除了基礎建設的成本費用，一個地熱發(fā)電站的運營成本是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。地熱發(fā)電廠可以被設計成至少運營100年，是具有長期經(jīng)濟效益的工廠，轉向地熱資源是值得考慮的。

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，然后通過巖石擴展到自然斷層，再轉到多孔的地下熱交換器。

關鍵的是，如果水的流動太慢，就有不經(jīng)濟的風險；也不能太快，不然就難以維持，因為如果熱量被提取過快，就來不及從臨近的巖石中傳導補充。

今年7月，地球動力公司計劃將一種顏料注入這個系統(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”，告訴工程師地下網(wǎng)絡的規(guī)模。這些數(shù)據(jù)將被用于溫度記錄，以計算出有多少熱量可以從兩口井開采出來。假如一切都按計劃進行，地球動力公司將能夠“宣告儲量”，這就意味著，該公司可以發(fā)布一個審計聲明，合理地預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1萬千瓦，這個數(shù)量足夠一個有1萬人口的小鎮(zhèn)使用電力。

到2009年1月，該公司計劃建成一個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?shù)赜?口井建成一個5萬千瓦的發(fā)電廠；到2016年將會把規(guī)模再擴大10倍。

不管結果如何，專家都同意，要想使EGS成為主流技術，將需要更多成功的商業(yè)規(guī)模示范工廠。麻省理工學院的泰斯特說：“要降低風險使得銀行投資，我們需要3至4個示范工廠，這些工廠要建在不同的地點，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構中獲得熱量。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。