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。這一成功使地熱能繼風能與太陽能之后，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)。地熱能可以用來發(fā)電、為建筑物供暖、加熱道路。那么地熱是從何而來的呢々要想回答這個問題，就需要從地球的構造談起。

地球可以看作是半徑約為6370千米的實心球體。它的構造就像是一個半熟的雞蛋，主要分為三層。地球的外表相當于蛋殼，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”，相當于雞蛋白，也叫“地?！?，它主要是由熔融狀態(tài)的巖漿構成，厚度約為2900千米。地殼的內部相當于蛋黃的部分叫做“地核”，地核又分為外地核和內地核。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℃，在地熱異常區(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

美國紐約州立大學近日發(fā)布一項報告稱，地熱能發(fā)電目前電價不但在所有替代能源中最低廉，而且其技術研發(fā)成本也最便宜。根據(jù)報告，在目前的基礎上，使地熱能技術趨于成熟的研發(fā)成本只需33億美元，甚至低于石化燃料技術的開發(fā)費用。目前全世界的地熱發(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％。地熱能非常潔凈，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)，對地熱能的發(fā)展都不夠重視。其主要原因是目前的地熱能發(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，進而縮減對地熱能項目的投資規(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：其中地熱能是0.031～0.08美元；風能是0.043～0.055美元；太陽能是0.11～0.31美元。經比較，地熱能是最廉價的能源。

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。

政府開始重視地熱能，是上世紀70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，導致地熱技術發(fā)展舉步維艱。近年來，美國政府重新開始重視地熱能的開發(fā)運用。美國地質調查局2008年的一項研究表明，美國可開采的地熱能可發(fā)電53萬兆瓦。而目前美國地熱能裝機容量僅為2500兆瓦，由此可見地熱能的發(fā)展?jié)摿Ψ浅４蟆ｏL能跟太陽能的優(yōu)點在于它們可以小規(guī)模利用，而地熱發(fā)電要上馬只能是大項目，不但需要高額的前期投入，還需要建設特殊的電網。但這不應該成為發(fā)展地熱能的障礙。

新技術層出不窮

地熱能的采集與儲存技術跟石油、天然氣類似。這也就是說，地熱能源工業(yè)同油氣產業(yè)可以緊密聯(lián)系。油氣產商以及電力公司，亦或是綜合能源企業(yè)進軍地熱領域都很便利。然而油氣企業(yè)對地熱的熱情并不高。企業(yè)只有確定新技術革新能帶來利潤才會涉足新產業(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電，就屬此類。但跟地熱密切相關且最有可能開發(fā)地熱的大多是油氣企業(yè)，相比石化資產，開發(fā)地熱能帶給企業(yè)的效益十分有限。

在水中增加金屬納米微粒用于地熱能開發(fā)，可在全球范圍內用于更多的可循環(huán)能量生產制造。按照傳統(tǒng)方法，地熱能發(fā)電站需要160℃以上的地熱能，遺憾的是，世界上僅有少數(shù)地區(qū)的地熱能可以達到這一高溫，而且必須開采至地下5千米以下。一些增強地熱系統(tǒng)僅有65℃，而且利用效率并不高，因此地熱開發(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，在相同的液體地熱水中可增獲30％熱能。

活動劇烈的地熱流

歡迎來到蘇爾茲，這里將是未來的世界深層地熱之都。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，地熱流體活動異常劇烈。”安德烈為我們講解道，“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?！崩碚撚嬎惚砻?，1立方千米的花崗巖從200℃冷卻到180℃所釋放的熱量，相當于130萬噸石油所產生的能量，足夠供應1.5萬個家庭20年的用電所需。

重要的是如何將水井與地熱流體連接，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。經過10年準備，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注。澳大利亞人也試圖應戰(zhàn)。盡管如此，處于領先地位的仍非蘇爾茲項目莫屬。

增強式地熱開采系統(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?！比绱酥芏鴱褪肌Ｖ劣诒惶崛〉臒崃康娜ハ?，“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，使其產生蒸汽，從而推動渦輪發(fā)電機組發(fā)電。”

2015年進入工業(yè)化開發(fā)

有人估計，在地球的歷史中，地球內部由于放射性元素衰變而產生的熱量，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，在肯尼亞首都內羅畢召開了聯(lián)合國新能源會議，據(jù)會議技術報告介紹，全球地熱能的潛在資源，約相當于現(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。由于構造原因，地球表面的熱流量分布不勻，這就形成了地熱異常。如果再具備蓋層、儲層、導熱、導水等地質條件，就可以進行地熱資源的開發(fā)利用。

明顯的地溫梯度每千米深度大于30℃的地熱異常區(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)球性的地熱帶主要有下列4個：環(huán)太平洋地熱帶、地中海一喜馬拉雅地熱帶、大西洋中脊地熱帶、紅海一亞丁灣一東非裂谷地熱帶。

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埂！卑驳铝页姓J，“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?！?/p>

當人們把視線轉向天空，關注風能和太陽能，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熱發(fā)電站的時機尚不成熟。當務之急是對地熱能在探測、開發(fā)、利用可能帶來的地質災害，環(huán)保風險等方面進行深入研究，以改變深層地熱“養(yǎng)在深閨人未識”的狀態(tài)。