新型地热

吕　静

只需开采地下岩石热，就有可能为全世界提供足够的绿色能源

在南澳大利亚，有一个名叫印纳明卡的小镇，其周围1000公里都是荒漠。

印纳明卡的永久居民只有12人，但每一年，都有超过5万的旅游者来到此地，体验澳大利亚荒凉的内地。要让这些参观者保持舒适凉爽，小城镇每年花在柴油上的费用大致是25万美元。

不过，到了明年，这个镇子的用电就免费了，他们所用的电能采自地下“热岩石”。

澳大利亚标本

常规的地热能取自浅表火山岩床表面自然流出的热水，相比之下，热岩石或者叫工程地热系统(EGS)，依靠的是通过地下5公里岩石并在其中循环加热的水，石块已经被水冲压得多孔渗水。不管是哪种地热能源都不会释放出很多温室气体，可以说，地热能是零排放的绿色能源。但是火山岩很稀少，EGS则可以利用普通类型的地下热岩石收获大量热能。这样，就提高了在地球上任何地方供应可持续的、人们买得起的绿色能源的可能性。

在澳大利亚的很多地方，地表之下5公里都分布着炙热的岩石，通过开采石油钻探的结果发现，在很多地方这种岩石分布在较浅的地方。岩石的热保持性使得它们很适合作为地热发电站的基础。而岩石的缝隙又可以使得它们能利用水来提取能源。印纳明卡的地热发电厂计划将于今年圣诞前开始送电，届时这座小镇将用上第一次从库伯盆地天然气田附近钻出的热岩井所产生的电力。

那么，到底有多少能源储存在热岩石中？从中提取能源是不是很昂贵呢？在印纳明卡周围，有4000平方公里花岗岩的温度超过250℃，这些岩石是有缝隙的，在压力之下能够容纳热水，要使能量变成可以利用的形式，并将岩石冷却，就需要钻出一组能够抽取和注入水的井。冷水可以从一个井注入，再从另一个井吸出热水，于是热能就被提取出来，并可以进一步转变为电能。当水冷却后可以重新注入井口(也可能采用太阳能表面设备预热冷水)。

每立方米的岩石大概都蕴含150千瓦时的能量，从中我们大致可以提取100千瓦时的电力。这样算下来，澳大利亚每年所用的电力是15平方公里的花岗岩能，由于印纳明卡地区至少有4000平方公里的花岗岩，那么，光是这一个地区就能产生够澳大利亚用上266年的能源。

冰岛首都雷克雅末联合国大学地热训练项目主任弗雷德雷伏森(Ingvar Fridleifsson)是政府间气候变化专业委员会2008年一次会议上地热能报告的作者，他说：“在地球的上层壳中，蕴含着超多的能源。假如EGS能够被证实在商业规模上是经济的，那它在很多国家的发展潜力将是无限的。”麻省理工学院最近的一个研究认为若美国政府投资10亿美元，到了2050年就能为美国提供大约1亿千瓦的电力，这个数字是美国现在整个电网的6%。

经过十几年的研发，地热能开采现在正处在一个关键时期。最早的欧洲实验性EGS工厂建在法国的苏尔兹，是1500千瓦的发电站，目前即将开始连续发电；第二个3000千瓦的EGS电站建在德国的兰道，它后来居上，已经在售电。该电站得到了大量政府补贴。同时，美国能源部已经宣告了对EGS从研究转向商业化的投资计划，这势必将提高美国人再次成为热岩石技术大玩家的希望——早在上世纪70年代，美国人就在新墨西哥的芬顿山最早证实了这一概念。

一笔经济账

虽然这些发电厂都证明了该技术行之有效，却还没有人证实它是有成本效益的，这也正是澳大利亚的印纳明卡参与进来的原因。这座小镇地处1000平方公里、深度达10公里的花岗岩石板上，石板受到天然放射性元素加热，又覆盖着4公里的保温绝缘沉积层——库伯盆地含量充裕的天然气中。这里是地球上非火山岩组成最大最薄的地方，最热的温度可达290摄氏度，这使得它成为利用EGS发电的理想之地，这里储存的热能多得足以让开发商快速建成商业规模的经营系统。

政府和私人投资者都在将钱投资到EGS，对财富的渴望能让人掘地三尺。在澳大利亚，总共有33家公司正在开发EGS，每个州都有人在开发。其中一家公司位于布里斯班，叫做地球动力公司，它对印纳明卡下的花岗岩有独家开采权。

地球动力的首席科学家和执行主任维伯恩说：“我们预测这里一块花岗岩石板具有0.5亿～1亿千瓦的发电潜力，根据这里的地质、温度，我们能估算出开采热能的效率。”

筹建新型地热发电厂最大的花费应是钻井，但随着经验的增加这部分费用会逐渐下降。钻井的费用主要来自于购买钻机和管道的钱，这部分资金受到利息的影响。还有一个遗憾，是这种热岩石板距离澳大利亚国家电网有500公里的距离。铺设通向电网的电线将增加额外的起始启动资金。

据估算，要满足一个国家的用电需求，钻井和建立发电站大致最多要花费6000亿美元。而实际上，根据经济尺度的不同和进一步经验的增加，这个费用会降下来很多。10年之后，一度电的成本有望降低到4美分。

除了基础建设的成本费用，一个地热发电站的运营成本是1度电1美分，这至少要比烧煤的火力发电站的成本低一半。地热发电厂可以被设计成至少运营100年，是具有长期经济效益的工厂，转向地热资源是值得考虑的。

期待更多的示范尝试

自从2003年以来，地球动力公司的工程师已经钻出了两口4公里深的井，取名为哈瓦那井。他们在高压下迫使水流入注入井，然后通过岩石扩展到自然断层，再转到多孔的地下热交换器。

关键的是，如果水的流动太慢，就有不经济的风险；也不能太快，不然就难以维持，因为如果热量被提取过快，就来不及从临近的岩石中传导补充。

今年7月，地球动力公司计划将一种颜料注入这个系统，这样就可以监视生产井的浓度。这种染料将给通过石缝的水“做上记号”，告诉工程师地下网络的规模。这些数据将被用于温度记录，以计算出有多少热量可以从两口井开采出来。假如一切都按计划进行，地球动力公司将能够“宣告储量”，这就意味着，该公司可以发布一个审计声明，合理地预测出将能从这些水井中开采出多少能量。该公司希望能宣布达1万千瓦，这个数量足够一个有1万人口的小镇使用电力。

到2009年1月，该公司计划建成一个1000千瓦的示范工厂，为印纳明卡供电；三年以后，他们希望走向商业化，在当地用9口井建成一个5万千瓦的发电厂；到2016年将会把规模再扩大10倍。

不管结果如何，专家都同意，要想使EGS成为主流技术，将需要更多成功的商业规模示范工厂。麻省理工学院的泰斯特说：“要降低风险使得银行投资，我们需要3至4个示范工厂，这些工厂要建在不同的地点，至少要经营5年以上。”

不可避免地，这些选择用来建发电厂的地址不如库伯盆地条件好，人们要从并不太热的和更深层岩石结构中获得热量。但是，泰斯特、韦伯恩和其他人都有信心能够成功，像EGS这样的替换能源相比之下是便宜的。