熾熱之島:冰島的可再生地熱能源

冰島透過利用地球的力量實現綠色發展

冰島雷克雅未克——斯諾里·斯圖魯松是這裡地熱開發的先驅。據中世紀冰島薩迦記載,這位最初的冰島人利用地球的熱量在他家的後院建造了一個水池。這個最近修復的水池仍然坐落在雷克霍特鎮的一座草坡上。它大約15英尺(4.5米)寬,呈完美的圓形,鋪著灰色和棕色的玄武岩瓷磚,觸控起來和斯諾里近一千年前建造時一樣溫暖。

斯圖魯松的現代後裔正在努力效仿他的榜樣,尤其是總統奧拉維爾·格里姆松,他周遊世界,讚美地熱能源的美德。從為這個首都城市供暖的溫水到“藍湖”,冰島各地都在努力利用其崎嶇不平、通常是荒涼的表面之下的火山力量。

幻燈片:檢視冰島雄偉的地熱景觀


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影片:冰島地熱能源

這個島嶼本身基本上是多孔玄武岩的一個水泡,位於地球地殼的裂縫處,北美板塊和歐亞板塊正在這裡分離。根據電力公司雷克雅未克能源公司的說法,它擁有地質學家在尋找可開發的地熱能源時最珍視的兩個特徵:巨大的地下水庫,這些水庫不斷地被冰島冰川上方高達177英寸(450釐米)的年降水量所補充,以及淺層的岩漿柱,它們將這些水庫的最深處加熱到超過750華氏度(400攝氏度)的溫度。

此外,夏威夷大學的理查德·海伊說,除了非洲大裂谷之外,在陸地上可以看到海底擴張的地方不多。這種不斷產生的新地殼使這個國家成為地球上地質活動最活躍的國家之一。而這正是冰島人試圖利用的活動。

家庭供暖
歷史上,冰島人直接利用地球的熱量來洗滌和烘烤被稱為hverabrauth的“溫泉麵包”。1930年,從雷克雅未克首都以東的勞加達魯爾地熱溫泉鑽孔中抽取的水被輸送到大約兩英里(三公里)外的奧斯特拜爾小學。

根據雷克雅未克能源公司(包括冰島首都的區域電力機構)的說法,冰島的區域供熱很簡單——含有溫度低於300華氏度(150攝氏度)的可飲用水的自然加壓的“低溫”地熱田在全國各地都很常見——直到20世紀70年代初第一次石油危機爆發,冰島人才開始認真開發其本土能源資源。蓋西爾綠色能源公司的執行長阿斯蓋爾·馬爾蓋爾松表示,當時冰島的家庭幾乎完全依賴石油供暖。

據格里特尼爾銀行可持續能源、全球研究和傳播主管亞歷山大·裡希特說,透過為全國各地的熱電廠以及將熱水輸送到家庭所需的基礎設施提供資金,冰島政府不僅消除了該國對化石燃料供暖和發電的依賴,還啟動了一個完整的產業。

根據冰島貿易委員會的資料,冰島現在是向世界其他地區輸出地熱專業知識的領先者。該國的工程師、地質學家和金融家在任何有激勵措施的地方(如德國,其地熱上網電價為每千瓦時20美分)或易於開採的地下熱源(如菲律賓)開展專案。冰島第三大銀行格里特尼爾幫助資助了中國咸陽市世界上最大的地熱區域供熱專案,並保留了一批地質學家來評估早期鑽探專案的潛力,例如其在內華達州資助的一個專案,裡希特說。

今天,雷克雅未克是世界上最大的區域供熱系統的所在地,據馬爾蓋爾松估計,如果冰島人仍然依賴石油,他們的供暖成本將高出五倍。在整個冰島,90%的家庭都連線到區域供熱系統,只有少數偏遠家庭的供暖來自丙烷等化石燃料。

清潔能源繁榮
今天,根據冰島國家能源局的資料,冰島 99% 的電力來自可再生能源,其中 30% 來自地熱(其餘來自水壩——而且有很多水壩)。如果將運輸、供暖和發電作為一個整體考慮,地熱提供了冰島使用的一半主要能源。(儘管目前正在努力透過轉換為氫燃料來利用該島的可再生能源為漁船和汽車提供動力,但這些努力仍處於發展的最早階段。)

例如,著名的“藍湖”水療中心的客人不禁注意到遠處內斯亞維利爾地熱發電廠,其蒸汽羽流高聳在碧綠的戶外游泳池之上,藍湖由此得名。事實上,如果沒有該發電廠,該瀉湖就不會存在,該發電廠的廢棄地下水流逐漸堵塞了它流入的多孔岩石,形成了現在冰島主要的旅遊景點之一的熱水浴池。

然而,冰島的地熱容量只有一小部分被開發。“據估計,透過傳統的地熱利用,冰島的可用電力可能在每年20至30太瓦時左右,”ÍSOR(冰島地質調查局,一家政府機構,僱用大約100名地質學家對地熱資源進行研究)的總幹事奧拉維爾·弗洛韋斯說。“目前我們每年的產量可能只有4太瓦時。”(1太瓦等於1萬億瓦。)

工業界已經在推動進一步開發冰島剩餘的地熱資源。僅鋁冶煉一專案前就比冰島所有其他活動消耗的電力加起來還要多,到 2015 年,計劃增加 400 兆瓦(百萬瓦)的地熱電力上線,專門服務於該國北部巴基的一個新的鋁冶煉廠,據總部位於美國的鋁業巨頭美鋁公司稱,該公司正在對該工廠進行大量投資。其他行業也希望利用這一資源。

裡希特說:“微軟和谷歌都考察過冰島,這已經不是什麼秘密了。”執行全球資訊網所使用的大型計算機叢集(稱為資料中心)的巨大電力需求,促使公司在世界任何地方尋找廉價能源和足夠連線全球網路的場所。

未來就在眼前
一個名為冰島深層鑽探專案 (IDDP) 的財團,包括冰島政府、美國國家科學基金會、歐盟和美鋁公司,不滿足於使用現有技術最大限度地發揮該國的地熱潛力,他們聯合起來開發一種奇異且難以利用的地熱能形式:超臨界蒸汽。

當蒸汽超過一定的溫度和壓力(超過 750 華氏度(400 攝氏度)且比正常大氣壓高 250 倍)時,蒸汽的密度變得與液態水的密度相同。ÍSOR 工程部門負責人斯維里爾·索哈爾松說,這種蒸汽“每單位從地球提取的體積將產生 5 到 10 倍的能量”。

超臨界蒸汽已在燃煤和核電站中使用。它產生更高效率的機制很複雜,但最終歸結為這一點:蒸汽輪機需要非常熱的蒸汽才能發電,而超臨界蒸汽比較冷的蒸汽更接近這個溫度,阿肖克·馬爾霍特拉說,他實際上寫了關於這個主題的書(《超臨界蒸汽的熱力學特性》)。因此,在將從地面出來的蒸汽的熱量傳遞到將旋轉渦輪機的蒸汽的過程中,幾乎不會浪費能量。此外,可以假設在發電週期的早期階段,蒸汽和水不必分離來構建整個系統——因為在這些溫度和壓力下,這些通常不同的水相實際上是相同的。

利用超臨界蒸汽將需要比以往任何地熱專案更深地鑽探;深入到地表以下三英里(五公里)處。根據ÍSOR的首席專案經理貝內迪克特·斯泰因格里姆松的說法,沒有人確切知道那個深度的水會是什麼樣子。

“我們已經在僅 2.2 公里 [1.4 英里] 的深度達到了 360 攝氏度 [680 華氏度] 或更高的溫度,”斯泰因格里姆松說。“所以我們已經非常接近超臨界點了。熱量是確定的——有多少液體,其化學性質是什麼,以及其氣體含量是未知的。”

溶解的固體、有毒金屬和腐蝕性氣體只是 IDDP 在未來 10 年內必須克服的一些障礙——超臨界流體的壓力也是一個問題,它比現有儀器和發電廠設計處理的壓力大 10 倍。

“每個人都知道它不會很快開啟燈泡,”索哈爾松說。但可以肯定的是,斯圖魯松(他的後代至今仍生活在冰島)會感到自豪的。

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