全球地?zé)崮茉纯v覽—2015更新

文/郭久亦 翻譯/趙磊 圖/沈海濱

全球地?zé)崮茉纯v覽—2015更新

Overview of global geothermal energy—updated to 2015

文/郭久亦 翻譯/趙磊 圖/沈海濱

冰島的奈斯亞威里爾地?zé)岚l(fā)電

雖然中美兩大能源消耗國(guó)已經(jīng)同意大量削減二氧化碳的排放（美國(guó)計(jì)劃于2025年實(shí)現(xiàn)在2005年基礎(chǔ)上減排26%-28%）然而，現(xiàn)在全球年均碳排放400億噸依然是個(gè)巨大的數(shù)字。為了能完成2025年減緩氣候變化的目標(biāo)，是時(shí)候需要找替代能源了。

誠然，可再生能源是最好的。但人們往往首先想到太陽能和風(fēng)能。不過，這兩種能源有個(gè)共同的缺陷，產(chǎn)電低谷時(shí)期太長(zhǎng)，要么因?yàn)殛柟獠怀渥悖礇]有風(fēng)。地?zé)崮茉聪啾绕渌稍偕茉从幸恍╋@著的優(yōu)勢(shì)。其中最重要的是,它可以像煤炭和核能一樣作為發(fā)電基礎(chǔ)負(fù)載一天24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。它也可無限地延展，既可以用于大規(guī)模發(fā)電并網(wǎng)，也可用于世界任何地方的小規(guī)模發(fā)電，例如你家后院兒。

此文是對(duì)《世界環(huán)境》2012年5月刊登的《地?zé)崮堋芬晃牡母隆．?dāng)時(shí)，全球地?zé)崮茉吹难b機(jī)容量為10715兆瓦。從那時(shí)起，許多國(guó)家保持了5%的穩(wěn)定增長(zhǎng)趨勢(shì)，至今，全球的地?zé)崮苎b機(jī)量已達(dá)12700兆瓦。為支持這種增長(zhǎng)，世界銀行和其它組織實(shí)施了相應(yīng)的政策,并希望未來地?zé)崮茉吹睦媚苡?024年達(dá)到20000兆瓦。

如何獲得地?zé)崮?/h2>

最常見獲取地?zé)崮艿姆绞绞侵圃焖疅峤粨Q的對(duì)流系統(tǒng)。把通著冷水的管子沿著地殼裂縫輸入地下，水被加熱，然后抽回到地面上。

地?zé)岚l(fā)電站有三種設(shè)計(jì),都是從地下抽取熱水和蒸汽,然后以溫水形式返回地下以延長(zhǎng)熱源使用壽命。在最簡(jiǎn)單的被稱為“干蒸汽”設(shè)計(jì)中，蒸汽直接穿過渦輪,然后進(jìn)入冷凝器被冷凝成水。另一種方式是將熱水減壓或閃蒸變成蒸汽，再用蒸汽驅(qū)動(dòng)渦輪。

第三種方法,稱為雙循環(huán)系統(tǒng),熱水通過換熱器，加熱封閉在另一循環(huán)系統(tǒng)中的另一種液體，例如異丁烷。異丁烷的沸點(diǎn)比水的沸騰低，因此更容易轉(zhuǎn)化成蒸汽驅(qū)動(dòng)渦輪。

地?zé)崮茉吹膬?yōu)勢(shì)

I.資源無限

地?zé)崮芸蓮牡叵聨酌椎綆缀跞魏紊疃鹊牡厍驇r漿中獲取。理論上，地下10000米范圍內(nèi)所含有的熱能是全世界的石油和天然氣資源所含能量的50000倍。作為一種實(shí)惠且可持續(xù)的方案，世界多地已經(jīng)開采地?zé)崮茉从靡詳[脫對(duì)石化能源的依賴。例如，2013年全球已有11700余兆瓦的地?zé)岚l(fā)電站大規(guī)模地投入運(yùn)行，除此之外，另有11700兆瓦計(jì)劃在建。這些地?zé)嵩O(shè)施產(chǎn)出大約680億千瓦時(shí)的電，足以滿足超過600萬典型的美國(guó)家庭的年用電需求。在冰島和薩爾瓦多，地?zé)崮茈娬镜陌l(fā)電量都占25%以上。

從淺地層，可用熱泵獲得150℃或更低溫度的熱水，用以建筑內(nèi)的取暖，培育溫室植物，烘干魚和谷物，給道路除冰，提高原油采集，輔助工業(yè)流程，如奶品的巴氏滅菌，加熱水療院和漁場(chǎng)的用水。

II.基本負(fù)載

地?zé)崮馨l(fā)電站可以全天24小時(shí)運(yùn)行，因此可作為一種基本負(fù)載與煤炭和核能相提并論。相比之下，地?zé)崮馨l(fā)電站的優(yōu)勢(shì)在于規(guī)?？纱罂尚?。它既可以用于1000兆瓦電站，也可以以低得多的成本供一個(gè)小溫室使用。

Ⅲ減少污染

主要降低有毒氣體如二氧化硫等硫氧化物，降低二氧化碳排放。

Ⅳ占地少

地?zé)犭娬久慨a(chǎn)出1000兆瓦時(shí)電能的占地是燃煤電站的12%。

Ⅴ用水少

相比燃煤、燃油或者核能電站，產(chǎn)出每兆瓦時(shí)電只消耗20%的水。

VI.基于現(xiàn)有油井聯(lián)產(chǎn)

大多深層地?zé)崮茉吹拈_發(fā)花費(fèi)在勘測(cè)和鉆井上。在那些已有油井和水被用于原油開采的地方，用熱水來驅(qū)動(dòng)渦輪發(fā)電就變得簡(jiǎn)單得多了。麻省理工學(xué)院MIT的一項(xiàng)研究估計(jì)，利用油井和天然氣田，美國(guó)地?zé)崮芤?guī)模到2050年可達(dá)44000兆瓦。

地?zé)崮茉吹奈磥?/h2>

最新的發(fā)展是增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)EGS。

干燥的巖層地下深處（4-10公里）蘊(yùn)藏著大量的熱能。利用增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)這一新興技術(shù)，我們可以獲取這些熱量用于生產(chǎn)比傳統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)能達(dá)到的更多的電。雖然此技術(shù)仍在研發(fā)階段，第一個(gè)增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)的示范項(xiàng)目已于2013年在美國(guó)和澳大利亞建成并發(fā)電上網(wǎng)。如果這套方法的潛能被全部實(shí)現(xiàn)，它將是一種巨大的電力生產(chǎn)來源。

地?zé)岚l(fā)電設(shè)施的成本也變得越來越有競(jìng)爭(zhēng)力。美國(guó)能源信息管理局EIA預(yù)計(jì)，2019年的地?zé)犭娬镜哪茉雌綔?zhǔn)價(jià)格每千瓦時(shí)將下降5美分。與之相反，天然氣電站和傳統(tǒng)燃煤電站的能源平準(zhǔn)價(jià)格將分別上漲6美分和9美分。最重要的是，就地取材地直接利用地?zé)豳Y源為住宅和商業(yè)大廈供熱也將迎來光明的未來。

結(jié)論

在中國(guó)，不像煤那樣污染大氣并釋放大量二氧化碳的清潔能源資源非常匱乏。雖然風(fēng)能、太陽能和核能已經(jīng)發(fā)展在前，但我們不能忽視地?zé)崮茉纯赡軒淼呢暙I(xiàn)。當(dāng)我們已經(jīng)缺水、土地和清潔的空氣時(shí)，采用地?zé)崮茉?，特別是把在淺層地層的地?zé)犰`活地用于住宅供暖，將為我們節(jié)省大量的電能。

郭久亦，畢業(yè)于劍橋、牛津大學(xué)，在普林斯頓大學(xué)從事研究多年，是一位主攻能源問題的物理學(xué)家。在世界未來學(xué)會(huì)World Future Society, wfs.org, amcips.org和其它全球智庫中發(fā)表文章百余篇。