地热发电是清洁能源市场中成长较快的项目之一,但据《自然》杂志记者库尔特·克莱纳(Kurt kleiner)所言,其用途目前尚未满足家用之需——
冰岛以地热能源丰饶闻名遐迩。这个坐落在地质热点上的岛国自身所需能源的四分之一系地热能,该国90%家庭供暖也是取自地热能。
眼下,冰岛格利特耐尔(Glitnir)开发银行认为开发其他地区地热的机遇已经成熟。2007年9月,这家银行在纽约市开设办事处寻求地热投资商机。
格利特耐尔银行的举动是日趋增长的迹象之一,表明地热能源即将成为世界能源生产的一个重要参与者。纽约市美国再生能源集团投资基金会经营主管托马斯·金(Thomas King)说:“若你是一家公用事业公司,你对再生能源的首选之一就是地热。它好似粮食作物中的精华。”
托马斯·金看好地热能源反映了能源分析人员中日趋高涨的信念,虽然地热能量转换技术尚未赢得像海浪波能和太阳能那样的关注,但是众多地热公司拥有突出的长期发展潜力。加利福尼亚州怀尔德清洁能源咨询公司董事长罗伯特·怀尔德(Robert Wilder)视内华达州地热设备制造商奥默特技术公司为这种发展趋势的典范:该公司股价由2005年4月每股约16美元上升到2007年12月中旬每股50美元。
然而迄今地热能源仅有90亿瓦左右的装机容量,只占全球电力生产总量约0.2%。从理论上说若掘地足够纵深,世界上任何地方都能够发现地热。但实际情况是,值得开采利用的地热区域始终是水与热能溶合且接近地面的多孔岩石地带。
位于旧金山北部一取名间歇泉的地热田产生760兆瓦电力就是一例。那里的发电厂利用大量地下水蒸气库中自然产生的热能,通过钻探相对浅显的水井就可以源源不断地采集其中的热蒸气。
这类间歇泉成为“干燥蒸气”发电厂的范例:出自水库的蒸气几乎不含液态水,因此可以直接抽取送往涡轮机发电。然而大多数发电厂都设有“内蒸”变换装置,直接抽取已经加热到近摄氏180℃的热水(处于地下高压热水仍然保持液态)。由于地表大气压力较低,大部分“内蒸”水变成蒸气,可以用来驱动涡轮机。
在水温达到100℃~180℃摄氏度时,就可以用以驱动“双重”功效发电机工作。这些双效发电机利用热水加热诸如异丁烷之类循环工作流体,这种循环工作流体比水的沸点低,然后蒸腾的循环工作流体被用来驱动涡轮机。
地下深层贮气井
即便处在有利地理位置,建设地热发电厂仍需高昂资金投入,主要因为挖掘贮气井耗资昂贵。美国常规地热发电厂输送电力成本在每千瓦时5~8美分之间,略高于燃煤发电厂输送电力成本每千瓦时4美分平均值。
澳大利亚一家地热动力学公司目前正在尝试研发一项缺水地区的地热能源的新技术。
昆士兰州地热动力学公司创始人兼执行主管杜恩·怀怕恩(Doone Wyborn)说:“我们相信,我们所在地区可能是世界上最佳位置利用这种热能方法且经济上切实可行。”
该公司计划利用库珀盆地这块澳大利亚内陆地质特色地区,其中近摄氏270℃高温的岩石十分接近地面。
地热动力学公司预计开凿2口深达4.3公里的竖井,然后注入冷水顺裂口直抵岩石圈内热花岗岩处。一旦岩石渗透性足够高,这种循环系统将用作热交换器——冷水用泵注入一口竖井内,穿过岩石迁移到另一口竖井,再从那里抽取上来用于发电。
地热动力学公司计划到2010年拥有一座50兆瓦发电厂投入运营,并预测库珀盆地潜在发电装机容量在1万兆瓦左右——开凿数百口竖井才能实现这个目标。
地热动力学公司将是采用称为热干岩或称热碎岩地热技术的典范。2007年1月麻省理工学院(MIT)发布的一份报告认为,这类“增值”地热发电技术能够极大地提高我们开发地热能源潜力。领导该专题研究小组撰写报告“地热能源未来”的MIT化学工程师杰弗逊·特斯特(Jefferson Tester)说:“我感觉地热能源一直是一项被忽视的选择。如果许多事情都考虑到位的话,那么我对地热利用的可行性持乐观态度。”
该报告认为,地热能源几乎任何地方都能获取利用,任何位置的钻探终将触及炽热岩石。研究报告声称,仅在美国钻地10公里获取的能量便达到惊人的10×1024焦耳。
开采其中一小部分都是经济实惠的。研究报告最终认为,即便少量开采,仅在美国增值的地热发电装机容量今后50年将达到100×109瓦——足以满足美国电力需求近10%。
特斯特声称,这种地热发电系统的一项重大效益是其灵活适应性。该发电系统无论规模大小都能证明经济上切实可行,1兆瓦规模的发电厂便可向建筑大楼直接供热。这种供热和发电相结合的方法极大地增强了地热发电的经济实力,不过这要求楼群安装可以与之匹配的供热系统。
能量转换种种
另一项地热用途选择是利用水泵抽取地热。这些水泵采用蒸气压力循环工作——和电冰箱工作原理一样——冬季从地下抽取热量供热,夏季让建筑物中过多热量排放掉。
特斯特认为,地热发电在碳排放上是相当低的,鉴于各国政府限制温室气体排放,地热发电势必令人更为看好。
托马斯·金强调,正在拟订的再生能源利用标准的美国各州已经呈现对地热发电的兴趣。他坦言:“地热发电是清洁无污染地利用能源,碳排放接近零,而且1天24小时、1周7天连续运作。另外,妥善管理的热水库实际上可以一劳永逸地提供热量。”
新西兰的Wairakei地热发电厂