风能和太阳能要看老天脸色,但地热不用,它是地球内部的自然热能,可以成为一种持续的能源,2010年页岩油革命带来的新技术,将能够深入地球利用内部温度,将热能转化为电力,成为人类世界未来需要的大量稳定能源。
一般的地热发电厂是利用地球表面的热能,仅限于地球表面附近的高热流区域,位置通常靠近板块边界。但现在,科学家将注意力转向更强大的来源,称为超热岩石。超热岩石是位于地壳深处的岩石,温度被加热到超过374°C,这种极端的高温使它们成为潜在的地热能来源。
超热岩石可以形成相互联接的裂缝,这些裂缝很关键,因为可让水流过,并达到超过400°C的极高温度,将其转变为超临界状态。获取地热能的工作原理就是深入地壳钻探,进入炎热、干燥的岩层,然后将水注入这些地层,水在热岩石中循环,吸收热能并转化为蒸汽,这些蒸汽被带到地面来驱动涡轮机发电。冷却后的流体被重新注入地下,最大限度减少对环境的影响并维持转化过程。
这种方法与传统的地热能不同,传统的地热能依赖天然的热水或蒸汽储层,而这种所谓增强型地热的方式,能够人工创造地热储层,可以部署在传统地热资源无法取得的地区,大幅扩展这种可再生物科技术的潜在应用。
页岩油革命带动地热希望2010年代天然气革命,当时科学家发现可以从钻探页岩中获取能源,而在页岩中使用所谓水平钻井和水力压裂技术,也可以应用当地热上。
专家表示,要利用超热岩石能源,需要至少10公里的钻探深度,石油和天然气产业钻探已经越来越深入地下,能够在更短的时间内以更低的成本做到这一点,使开发地热的成本变得越来越便宜。其他对深井钻探的担忧,例如引起地震和破坏栖息地仍然存在,但提取的地热能不会燃烧并释放碳。
国际能源总局(IEA)估计,全球地热潜力的四分之三首先集中在美国,然后是中国与印度。IEA数据显示,到2050年,全球地热供暖设备容量可能增加至800吉瓦(GW),即占全球需求增长的15%,年产量相当于美国和印度当前需求的总和。
政府批准与巨大投资虽然已经可以采用现有技术,但钻井设备和技术仍需要重大进步来降低风险并提高效率。未来最大的挑战是政府许可和投资承诺,IEA估计,到2035年,全球投资需要超过1兆美元,到2050年需要超过2.8兆美元,其中约75%需要投资于发电设施。现在已经有几家公司正在探索超热岩石作为地热能主要来源的潜力。美国公司Quaise Energy甚至将这些超深层岩石称为“地热的圣杯”。
IEA认为,地热是地球上最未充分利用的资源之一,即使即将上任的川普政府表示将推动更多的石油和天然气钻探,并希望缩减绿色能源计划,但没有理由排除地热。随着世界转向再生能源,地热能成为隐藏在地球表面下的一种改变游戏规则的能源。
(首图来源:Flickr/Argonne National LaboratoryCC BY 2.0)