热岩

堪培拉——如果向任何一位电力系统工程师询问可再生能源的情况,他们可能会告诉你可再生能源无法确保基本电力供应。换句话讲,我们不能依靠可再生能源一周七天、一天二十四小时为人类提供能量:风不是总能推动山顶的涡轮机旋转,太阳晚上也照不到太阳能电站,就连水电也可能在降雨减少的时候发生短缺。

主要可再生能源技术与生俱来的不稳定性为电力系统专家出了一道难题。这种不稳定性限制了上述种类的可再生能源进入世界电网的规模。归根结底,在消费者心目中,电能应该能够实现随时供应。

技术领域的解决方案是把大量可靠的基本电力留作电力组成的主要部分,并以在需要时可以并网发电的“调峰电厂”来作为补充。这种调峰电厂在某些国家采用水电,但通常情况下仍然有赖于燃烧汽油、柴油或者燃油等化石燃料。

基本电力供应同样主要依赖化石燃料,约有39%的全球电力供应都源自燃烧煤炭。在有些国家,核能发电被当作解决方法,可是高等级核燃料在全球各地的储量似乎非常有限,而且废物处理和电厂退役的长期成本也十分高昂。

如此,减少基本电力供应目前对化石与核燃料的依赖是我们的当务之急。答案或许就在我们的脚下。

地球是个温度极高的星球。在地表以下6000公里,地核的温度可以与太阳表面相媲美。而且,即便是在地球的浅表区域,可以用来发电的有效温度也并不罕见。100多年以来,这种“传统的”地热能量一直被用于提供可靠的基本电力供应,而且目前在意大利、冰岛、日本、新西兰等许多国家和美国西部都得到了广泛的应用。

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地热发电技术已经非常成熟,而且已经积累了9000多兆瓦发电能力的可靠的供电记录。但是传统的地热发电需要找到能提供大量热水和蒸汽的天然热源,而这样的热源通常只在火山活动区域才能够发现,这就排除了地热发电在世界大部分地区使用的可能性。

对人类实现获取随处可得的洁净电力供应来讲更为迫切的是一种被称为“干热岩体”,或者HDR的非传统地热能源。有了干热岩体,在地下仅仅几公里深度的岩石中就能够找到有用的热源。可是,由于没有天然蒸汽或者热水将能量带到地表,就需要人工设计一种解决方案,而且,过去35年来,全世界已经花费超过6亿美元设计这种方案。

原理乍一看似乎非常简单:至少打两眼五公里的深井,向其中一眼中注入冷水,让水流过干热岩体,然后再把水抽回地球表面,在电厂中提取水中的能量。而后再次注入此时已经冷却的冷水,通过干热岩体后再次流回地球表面。在地表只提取水中的热量,此外被抽到地表的所有物质都将在去除废物后被重新注入地下。

可是最终决定其长期发展前景的还是干热岩体地热的经济性,因为打深井的造价非常昂贵,而且必须在电厂开始投入运营前就拿出这笔投资。热源埋藏越浅建造成本越低,相应的干热岩体项目也就越有竞争力。化石和裂变燃料成本的日益上涨也会使对干热岩体的需求更加迫切,因为地热发电的长期经济性肯定与燃料价格的波动毫无关联。

干热岩体到处都有,而且许多地方都有大量的热能可供利用。可是干热岩体在科学和工程领域的挑战非常艰巨,直到现在才建立了第一批地热电厂。一座小型的发电企业在德国的兰道投入运营,还有其他几家在法国和澳大利亚正在兴建。

上述首批电厂将书写干热岩体经营和财务绩效方面的历史,这在干热岩体地热能源开始影响世界能源供应之前是不可或缺的。重新设计人类的电力系统是一项耗资巨大的事业,无论最终使用哪几种技术,最后确定的系统必须可靠,而且随处可得。

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