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        新型地?zé)?/h1>
        2008-05-14 17:15:40
        中國新聞周刊 2008年37期
        關(guān)鍵詞:發(fā)電廠花崗巖巖石

        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(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尫懦龊芏鄿厥覛怏w,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(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(xué)地?zé)嵊?xùn)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?zé)崮軋蟾娴淖髡?,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(xué)院最近的一個研究認(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?zé)崮荛_采現(xiàn)在正處在一個關(guān)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(zhuǎn)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(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(shù)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(quán)。

        地球動力的首席科學(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)電廠最大的花費應(yīng)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(shè)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(chǔ)建設(shè)的成本費用,一個地?zé)岚l(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?zé)岚l(fā)電廠可以被設(shè)計成至少運營100年,是具有長期經(jīng)濟效益的工廠,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(zhuǎn)到多孔的地下熱交換器。

        關(guān)鍵的是,如果水的流動太慢,就有不經(jīng)濟的風(fēng)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(dǎo)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(luò)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(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(dāng)?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(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?!?/p>

        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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