通过改进技术可以更好地利用地球上存储的能源。地热能可被用来持续生产热能和发电,因此可以充当一种可靠的能源。长期以来被储存在有利地质区域的地热能,正逐渐成为全世界的一种可靠替代能源。

地球内部的主要能源资产

存储在地球内部的地热能,其能源总量要比全球的石油和天然气多好几倍。

一切都始于45亿年前,地球和其它星球在太阳星云中形成。太阳星云是太阳形成后残留下来的气体与尘埃形成的圆盘状星云。最初,地球是一种熔融的状态,随后,地球的外层先冷却凝固成固体的地壳,水也开始在大气层中累积。而在地底深处的地幔和地核中,仍存储着大量的热能。地幔中的放射性物质衰退会产生新的热能。地表以下越深,可以获取的热能就越多。每增加一公里深度,温度增加25~30摄氏度。地核的温度超过了5000°C。

地壳的厚度大约在10~100公里,越厚的地方岩浆或水的温度越高,可获取的热能也越多。尤其是在地壳板块的结合部,往往是火山活跃的地区。其中包括了冰岛,该国大部分能源用于供暖和热水,有四分之一的电力来自地热能。

地核的温度大约在5000°C左右。

地表深处的能量

通过钻到地壳深处的地热井,即可获取地热能。地热能可以直接用于供暖系统,也可用于发电。地热能发电的原理是利用水蒸气驱动涡轮,这需要极高的温度,这意味着要从很深的区域获取热能。现在,我们的地热井深度可以达到3公里,未来有希望达到10公里。地热井的建造成本很高,技术相当复杂,但已被用于研究和原油开采。

瑞典一些地方非常适合采用地热能,斯科讷就是其中之一。在斯科讷某处钻一口足够深的地热井(约2公里),可获得75~85°C的热能。这是一种极好的热能资源。当一部分热能被利用,降温后的水可以再抽到另一口井中,然后再次加热。但要想获得热蒸汽,就得钻更深的地热井。

地热能的使用已经引起了大家的关注。同时,钻井技术也在不断改进,成本也在不断下降。这使得地热能有望「走出」火山地区,成为适用于全世界范围内的替代性能源。新技术还有可能利用从地底抽上来的没有达到沸点的热水生产可再生电力。

地热电

有效利用地热能发电的另一个关键因素是热交换器的使用。这种技术已经在德国、法国以及美国等国家的试点工厂测试。其技术核心是利用热能和沸点在100°C以下的液体。这类系统可以将水转化成蒸汽,以驱动涡轮,最终产生可再生的电力。

瑞典Energeotek公司正计划利用新技术在匈牙利建一座小型地热发电厂,并打算在瑞典建造类似的设施。

高温岩体中的能量

地热能应用还包括正增强型地热系统(EGS),或称为干热岩系统(HDR,Hot Dry Rock)。它需要用到将水或其它媒介注入高温岩体中的技术。

注入岩体中的水也可以产生能量。

通过高压,向井中注入温度较低的水,可以在岩石上产生裂缝。当水在封闭的环境内与其它井的水相互连通,就会形成一个大致呈面状展布的人工干热岩热储构造。在流动的过程中,水会吸收热量,这些热量最终通过热交换器为人们所用。许多示范性项目现正在世界各地紧张建设中。

一种能源

像太阳能、风能这类可再生替代能源的一大优点是持续生产。只要不中断地热井中的热流,它也可以作为一种主要能源。

反对使用地热能的人,主要是认为它的投资成本高以及潜在的环境影响。陆地以及环境影响十分重要,而流体也会把溶解气体和重金属带上地面。在这种情况下,就必须采用处理技术以防污染。EGS/HDR技术的一项潜在风险是影响土壤的稳定性和引发地震。

在地壳深处钻井以获取热能,目前来说仍像一场赌博。EGS/HDR有助于直接获取资源同时不必将地热井钻得太深,减少了成本,也减少了一定的投资风险。地热能发电的技术研发十分引人关注,很多迹象表明地球内部的热能将逐渐成为我们未来能源供给的重要组成部分。

本文于2013年6月发布