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,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地。要讓這些參觀者保持舒適涼爽,小城鎮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(EGS),依靠的是通過地下5公里巖石并在其中循環加熱的水,石塊已經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現,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。印納明卡的地熱發電廠計劃將于今年圣誕前開始送電,屆時這座小鎮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,并可以進一步轉變為電能。當水冷卻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,由于印納明卡地區至少有4000平方公里的花崗巖,那么,光是這一個地區就能產生夠澳大利亞用上266年的能源。
冰島首都雷克雅末聯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能夠被證實在商業規模上是經濟的,那它在很多國家的發展潛力將是無限的。”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,這個數字是美國現在整個電網的6%。
經過十幾年的研發,地熱能開采現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1500千瓦的發電站,目前即將開始連續發電;第二個3000千瓦的EGS電站建在德國的蘭道,它后來居上,已經在售電。該電站得到了大量政府補貼。同時,美國能源部已經宣告了對EGS從研究轉向商業化的投資計劃,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。
一筆經濟賬
雖然這些發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發電的理想之地,這里儲存的熱能多得足以讓開發商快速建成商業規模的經營系統。
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EGS,每個州都有人在開發。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電潛力,根據這里的地質、溫度,我們能估算出開采熱能的效率。”
籌建新型地熱發電廠最大的花費應是鉆井,但隨著經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有500公里的距離。鋪設通向電網的電線將增加額外的起始啟動資金。
據估算,要滿足一個國家的用電需求,鉆井和建立發電站大致最多要花費6000億美元。而實際上,根據經濟尺度的不同和進一步經驗的增加,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電站的成本低一半。地熱發電廠可以被設計成至少運營100年,是具有長期經濟效益的工廠,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,這樣就可以監視生產井的濃度。這種染料將給通過石縫的水“做上記號”,告訴工程師地下網絡的規模。這些數據將被用于溫度記錄,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,這個數量足夠一個有1萬人口的小鎮使用電力。
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,他們希望走向商業化,在當地用9口井建成一個5萬千瓦的發電廠;到2016年將會把規模再擴大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規模示范工廠。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,至少要經營5年以上。”
不可避免地,這些選擇用來建發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。
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