熱巖:利用一種未被充分利用的可再生資源

地球不斷加熱地表深處的岩石;麻省理工學院的一份新報告建議利用這種可再生能源

蓋澤斯地熱發電廠——位於加利福尼亞州北部,由卡爾派恩公司運營——自20世紀20年代以來,一直在利用地球深處加熱的蒸汽發電。自20世紀90年代以來,卡爾派恩公司一直在泵入來自周圍社群的經過處理的廢水,以補充多年發電過程中損失的水。自2000年以來,該發電廠的年發電量超過600萬兆瓦時,足以為75萬戶家庭供電,而且幾乎每週7天、每天24小時運營。“我們的可用率達到98%,”卡爾派恩公司負責地熱運營的高階副總裁丹尼斯·吉勒斯說。“這是所有能源中可用率最高的之一。”

利用這種地熱資源是麻省理工學院(M.I.T.)為美國能源部準備的一項新研究的主題。研究人員估計,在美國的地下深處潛藏著超過1300萬艾焦耳(EJ),即1.23 x 1022英制熱量單位,並且可以回收20萬艾焦耳——或“2005年美國一次能源年消耗量的2000倍”——,而沒有考慮成本。

在某些地方,如蓋澤斯,由於自然界完成了大部分工作:斷裂地下岩石、注入液體並加熱它,因此成本最低。在這些地方,人們只需要建造轉換裝置,將蒸汽中的熱量轉化為電力,通常成本為每千瓦1,700美元。但麻省理工學院的團隊正在提出一個更為雄心勃勃的計劃,即在自然界不存在地熱能的地方建設地熱發電廠,鑽入加熱的基岩,建立一個開放的儲層,並將水泵入其中進行加熱。“最大的成本基本上在於鑽井,”西弗吉尼亞大學摩根敦分校的化學工程師布萊恩·安德森說,他幫助開發了該報告的經濟模型。“我們看到,完工深度與成本之間存在超線性關係。”


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當然,這種深層鑽探的訣竅在石油工業中已經存在,據卡爾加里大學的經濟學家邁克爾·摩爾(另一位研究報告的合著者)稱,石油工業為超過18,000英尺的深井花費了大約940萬美元。作為回報,這樣的人造地熱發電系統將收穫基岩中40%的熱量,然後將15%的熱量轉化為可用電力。“那裡有兩個閉環,”馬薩諸塞大學達特茅斯分校的機械工程師兼合著者羅納德·迪皮波解釋說。“當你必須排出熱量時,會對環境產生影響,但這比燃燒煤炭或處理核廢料要乾淨得多。”

僅根據成本(也就是說,以每千瓦時低至6美分的電價,可以利用多少地熱資源,這是煤炭發電的典型價格),在未來40年內,只需花費10億美元就可以開發超過100千兆瓦的地熱能——這僅相當於一座先進燃煤發電廠的價格,是新建核發電機組成本的三分之一。“這是一種非常大的資源,就其可能對美國能源供應產生的影響而言,它可能被低估了,”麻省理工學院的首席作者、化學工程師傑斐遜·泰斯特說。“地熱是這裡被遺忘的孤兒,它可能比其他可再生能源更相容我們現有的電網系統。”

但地熱並非完全沒有風險。最近在瑞士巴塞爾建立這樣一個地熱發電廠的努力戛然而止,因為它引發了一場里氏3.4級的地震,雖然太小而不會造成損害,但足以讓人類感受到。“我們每年會產生3,000到5,000次地震,”卡爾派恩的吉勒斯說。“在典型的一天,我們平均會經歷10次。我可以保證你不會感覺到任何一次。”巴塞爾發電廠的未來仍然不明朗,問題可能源於它的選址;巴塞爾在1356年被地震夷為平地。“你不會想在有潤滑大斷層危險的地方安裝這樣的地熱設施,”泰斯特指出。“在這裡,不可能像在巴塞爾那樣在雷達螢幕下進行。”

地熱能可以提供穩定的電力,補充風能和太陽能等其他可再生能源提供的間歇性電力。科學家們表示,創造這種增強型或工程化的地熱系統需要聯邦政府資助研究,而布什政府並未將其納入2007財年的預算請求。國會在2006年撥款2400萬美元,今年的撥款水平可能會維持不變,但這仍然大約是該報告所說的將地熱開發成可以為全國2500萬戶家庭供電的資源所需金額的一半。“就利用這種不依賴外國燃料的本土資源的潛力而言,地表幾乎沒有被觸及,”吉勒斯補充說。“我們希望看到更大的努力,以實現其全部潛力。”

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