向地心要能源

黃曉靜

注入地下5000米深處的冷水，抽上來竟成了2000℃的熱水。這不是做夢。在世界上的一些國家，人們已率先實現(xiàn)了這一創(chuàng)舉。這一成功使地?zé)崮芾^風(fēng)能與太陽能之后，成為可再生能源的又一上佳選擇。

巨大的地心熱能

巨大的熱能埋藏在地球的表面以下，火山噴發(fā)便是其威力的體現(xiàn)。地?zé)崮芸梢杂脕戆l(fā)電、為建筑物供暖、加熱道路。那么地?zé)崾菑暮味鴣淼哪亍┮牖卮疬@個問題，就需要從地球的構(gòu)造談起。

地球可以看作是半徑約為6370千米的實心球體。它的構(gòu)造就像是一個半熟的雞蛋，主要分為三層。地球的外表相當(dāng)于蛋殼，這部分叫做“地殼”，它的厚度各處很不均一。由幾千米到幾十千米不等。地殼的下面是“中間層”，相當(dāng)于雞蛋白，也叫“地?！?，它主要是由熔融狀態(tài)的巖漿構(gòu)成，厚度約為2900千米。地殼的內(nèi)部相當(dāng)于蛋黃的部分叫做“地核”，地核又分為外地核和內(nèi)地核。地球每一層的溫度很不相同的。從地表以下平均每下降100米，溫度就升高3℃，在地?zé)岙惓^(qū)，溫度隨深度增加的更快。我國華北平原某一個鉆井鉆到1000米時，溫度為46.8℃：鉆到2100米時，溫度升高到84.5℃。另一鉆井，深達5000米，井底溫度為180℃。據(jù)資料推斷，地殼底部和地幔上部的溫度約為1300℃，地核約為5000℃。

開發(fā)性價比最高

美國紐約州立大學(xué)近日發(fā)布一項報告稱，地?zé)崮馨l(fā)電目前電價不但在所有替代能源中最低廉，而且其技術(shù)研發(fā)成本也最便宜。根據(jù)報告，在目前的基礎(chǔ)上，使地?zé)崮芗夹g(shù)趨于成熟的研發(fā)成本只需33億美元，甚至低于石化燃料技術(shù)的開發(fā)費用。目前全世界的地?zé)岚l(fā)電總量約是8000兆瓦，其中美國占了2800兆瓦，還不到全國發(fā)電總量的0.5％。地?zé)崮芊浅崈?，儲量豐富，且全天24小時都能獲得。時至今日，無論是政府還是企業(yè)，對地?zé)崮艿陌l(fā)展都不夠重視。其主要原因是目前的地?zé)崮馨l(fā)電裝機容量太小，所以人們很容易因看不到發(fā)展前景而短視，進而縮減對地?zé)崮茼椖康耐顿Y規(guī)模。

報告列舉了美國能源部直屬的國家可再生能源實驗室提供的2005年幾種能源每千瓦時發(fā)電量所需費用：其中地?zé)崮苁?.031～0.08美元；風(fēng)能是0.043～0.055美元；太陽能是0.11～0.31美元。經(jīng)比較，地?zé)崮苁亲盍畠r的能源。

反觀現(xiàn)在投資熱門太陽能的開發(fā)性價比，遠遠落在其他能源之后。人們對發(fā)展風(fēng)能、太陽能的觀點根深蒂固，很有可能是因為我們平時對這兩種能源講得比較多，而且在它們身上投資不少，尤其是太陽能。

政府開始重視地?zé)崮埽巧鲜兰o70年代末到80年代初的事情。然而80年代中期油價下跌，民眾對替代能源的興趣殆盡，政府對可再生能源的研究開支大幅削減，導(dǎo)致地?zé)峒夹g(shù)發(fā)展舉步維艱。近年來，美國政府重新開始重視地?zé)崮艿拈_發(fā)運用。美國地質(zhì)調(diào)查局2008年的一項研究表明，美國可開采的地?zé)崮芸砂l(fā)電53萬兆瓦。而目前美國地?zé)崮苎b機容量僅為2500兆瓦，由此可見地?zé)崮艿陌l(fā)展?jié)摿Ψ浅４?。風(fēng)能跟太陽能的優(yōu)點在于它們可以小規(guī)模利用，而地?zé)岚l(fā)電要上馬只能是大項目，不但需要高額的前期投入，還需要建設(shè)特殊的電網(wǎng)。但這不應(yīng)該成為發(fā)展地?zé)崮艿恼系K。

新技術(shù)層出不窮

地?zé)崮艿牟杉c儲存技術(shù)跟石油、天然氣類似。這也就是說，地?zé)崮茉垂I(yè)同油氣產(chǎn)業(yè)可以緊密聯(lián)系。油氣產(chǎn)商以及電力公司，亦或是綜合能源企業(yè)進軍地?zé)犷I(lǐng)域都很便利。然而油氣企業(yè)對地?zé)岬臒崆椴⒉桓?。企業(yè)只有確定新技術(shù)革新能帶來利潤才會涉足新產(chǎn)業(yè)，比如渦輪機制造企業(yè)通用電氣以及西門子借勢進軍風(fēng)電，就屬此類。但跟地?zé)崦芮邢嚓P(guān)且最有可能開發(fā)地?zé)岬拇蠖嗍怯蜌馄髽I(yè)，相比石化資產(chǎn)，開發(fā)地?zé)崮軒Ыo企業(yè)的效益十分有限。

在水中增加金屬納米微粒用于地?zé)崮荛_發(fā)，可在全球范圍內(nèi)用于更多的可循環(huán)能量生產(chǎn)制造。按照傳統(tǒng)方法，地?zé)崮馨l(fā)電站需要160℃以上的地?zé)崮?，遺憾的是，世界上僅有少數(shù)地區(qū)的地?zé)崮芸梢赃_到這一高溫，而且必須開采至地下5千米以下。一些增強地?zé)嵯到y(tǒng)僅有65℃，而且利用效率并不高，因此地?zé)衢_發(fā)成本非常昂貴。美國華盛頓太平洋西北國家實驗室人員在水中添加金屬納米微粒，在相同的液體地?zé)崴锌稍霁@30％熱能。

活動劇烈的地?zé)崃?/p>

歡迎來到蘇爾茲，這里將是未來的世界深層地?zé)嶂?。在這片位于斯特拉斯堡以北50千米的法國土地上，你也許要問，為什么會選擇這里?放眼望去，只有綿延的山丘和具有典型阿爾薩斯風(fēng)格的美麗村莊。然而，恬靜悠然只是表象，真正的寶藏埋藏在地下1400米深處。安德烈和同事們焦急地注視著測量儀，惟恐兩口出水井的水流有絲毫減弱。幸好，他們擔(dān)心的情況始終沒有發(fā)生。在整整5個月的試驗過程中，他們一直以每秒15升的流量，將水從地球深處順利地抽到地面。每秒15升的流量已大大優(yōu)于中東的大部分油井，最為可貴的是，這些水是從地下5000米處汲取上來的!這在技術(shù)上是一項前所未有的壯舉!你可能要問：花這么大力氣，打那么深的井，就為了找水?這是什么瓊漿玉液，值得如此大動干戈?非也。從成分上說，不是我們喝的礦泉水——它的成度是海水的3倍，根本不能飲用。事實上，這股取自地下深處的水之所以珍貴，完全是因為它的溫度，井底的水溫可達200℃以上!拜上蒼所賜，這來自于地底的熱量取之不盡，用之不竭，我們可以用它來發(fā)電，發(fā)很多很多電。

“我們腳下的花崗巖群已有35億年的歷史，其中布滿了不計其數(shù)的斷層，地?zé)崃黧w活動異常劇烈?！卑驳铝覟槲覀冎v解道，“這個花崗巖群地處分隔孚日山脈和黑森林的萊茵河地塹。這里的確是接納法國地礦研究局試驗基地的理想場所。”理論計算表明，1立方千米的花崗巖從200℃冷卻到180℃所釋放的熱量，相當(dāng)于130萬噸石油所產(chǎn)生的能量，足夠供應(yīng)1.5萬個家庭20年的用電所需。

重要的是如何將水井與地?zé)崃黧w連接，并且維護好這個熱“容”，盡可能地增大巖石和水的接觸面，改善水循環(huán)與回收效果。這也正是這項工作的難度所在。以前就有許多科研團隊，在這個難題面前不得不半途而廢。目前，瑞士人在位于萊茵河地塹另一端的巴塞爾州啟動了他們的計劃。經(jīng)過10年準(zhǔn)備，他們即將開鉆第一口5000米的深井。這項試驗得到蘇爾茲團隊的密切關(guān)注。澳大利亞人也試圖應(yīng)戰(zhàn)。盡管如此，處于領(lǐng)先地位的仍非蘇爾茲項目莫屬。

增強式地?zé)衢_采系統(tǒng)，這就是地礦研究專家們的新招。安德烈言簡意賅地解釋了它的原理：“將水注入地底深處，待它們通過較熱的地質(zhì)層且被加熱以后，再將其中一部分抽回地面。工業(yè)開發(fā)所需的穩(wěn)定出水量中的不足部分，可由周邊地層縫隙中存在的大量地下水補足。熱水被抽上地面之后，通過熱交換器將一部分熱量取出，然后又被注入地下重新加熱，同時起到維持地下水儲量的作用?！比绱酥芏鴱?fù)始。至于被提取的熱量的去向，“這些熱量將被送至另一個含有低沸點有機液體的循環(huán)系統(tǒng)中，使其產(chǎn)生蒸汽，從而推動渦輪發(fā)電機組發(fā)電?！?/p>

2015年進入工業(yè)化開發(fā)

有人估計，在地球的歷史中，地球內(nèi)部由于放射性元素衰變而產(chǎn)生的熱量，平均為每年5萬億億卡。這是多么巨大的熱源啊。1981年8月10日，在肯尼亞首都內(nèi)羅畢召開了聯(lián)合國新能源會議，據(jù)會議技術(shù)報告介紹，全球地?zé)崮艿臐撛谫Y源，約相當(dāng)于現(xiàn)在全球能源消耗總量的45萬倍。地下熱能的總量約為煤全部燃燒所放出熱量的1.7億倍。由于構(gòu)造原因，地球表面的熱流量分布不勻，這就形成了地?zé)岙惓?。如果再具備蓋層、儲層、導(dǎo)熱、導(dǎo)水等地質(zhì)條件，就可以進行地?zé)豳Y源的開發(fā)利用。

明顯的地溫梯度每千米深度大于30℃的地?zé)岙惓^(qū)，主要分布在板塊生長、開裂一大洋擴張脊和板塊碰撞，以及衰亡一消減帶部位。環(huán)球性的地?zé)釒е饕邢铝?個：環(huán)太平洋地?zé)釒А⒌刂泻Ｒ幌柴R拉雅地?zé)釒?、大西洋中脊地?zé)釒?、紅海一亞丁灣一東非裂谷地?zé)釒А?/p>

研究人員還通過一組地震傳感器，密切監(jiān)測著花崗巖群哪怕是最微小的震動。事實上，在每天的水流測試中，都能記錄到5～20次微型地震。不過，這些地震的強度很小，介于里氏1.5～2.3級之間，所以幾乎不為人所察覺?！坝行┳≡诟浇木用駮軄肀г?。”安德烈承認，“甚至有一個人還信誓旦旦地說，地震把他家的鏡子也震了下來。不過我們認為，這些輕微的地震對周圍的居民不會造成任何危險。但這的確可能會影響到項目的形象。”

當(dāng)人們把視線轉(zhuǎn)向天空，關(guān)注風(fēng)能和太陽能，并把它們視為礦物燃料的替代能源時，一種無污染、幾乎取之不盡的能源卻默默地蟄伏在我們的腳下等待開發(fā)。在2015年以前，實現(xiàn)工業(yè)化開發(fā)、并推廣這種新一代地?zé)岚l(fā)電站的時機尚不成熟。當(dāng)務(wù)之急是對地?zé)崮茉谔綔y、開發(fā)、利用可能帶來的地質(zhì)災(zāi)害，環(huán)保風(fēng)險等方面進行深入研究，以改變深層地?zé)帷梆B(yǎng)在深閨人未識”的狀態(tài)。