深度地热:未开发的可再生能源

Until now, geothermal technology has only been used on a small scale to produce power. But with major new projects now underway, deep geothermal systems may soon begin making a significant contribution to the world’s energy needs.

1861年4月,首次越过澳大利亚大陆从南到北的探险队的成员再次在库珀溪附近的一棵古老的桉树树上挖了这个词。他们的同志的信息表明,在那里埋葬了食物储存,这将使他们在艰苦的跋涉之后保持生命。

他们几乎不知道在同一土壤下方的两英里处是455°F花岗岩 - 在大多数地方,地球的核心热量比地面更靠近地面,但仍用厚厚的煤和粘土富含煤层和富含粘土的沉积岩将其绝缘。

现在,一场新的探险正在挖掘或更确切地说,通过这种土壤和岩石进行钻探,试图可以帮助人类在全球变暖和能源危机的双胞胎危机中生存。

The Geysers
加利福尼亚州的间歇泉地热发电厂是世界上最大的。太平洋电气公司

总部位于布里斯班的地球动力学已经钻了四口井 - 两口测试,现在是一次注射和一种生产 - 试图证明,捕获的花岗岩的热量可以为澳大利亚推动澳大利亚过去的气候变化。该公司的目标是到2010年在该现场进行40兆瓦的电力生产,到2015年将扩大到500兆瓦,这是一家典型的大型燃煤电厂的规模,但没有污染。

最终,由于靠近地面的异常热岩石和来自油气生产的现有基础设施,库珀河盆地就可以生产约10,000兆瓦的电力 - 足以替代20个大型燃煤电厂。, Geodynamic’s chief scientist. That’s just a taste of the potential that this technology, known as enhanced geothermal systems, holds for Australia and the world, according to Wyborn.

怀伯恩说:“澳大利亚的地热,可能会在未来100年内提供全国所有电力需求,而没有任何麻烦。”

当世界寻找不会将更多温室气体泵入大气中的能源时,风能和太阳能等可再生能源吸引了最大的关注。但是,深地热力 - 水被泵入热岩,加热,然后带回地面以使涡轮机发电 - 越来越多地视为无污染能量的巨大潜在来源。在法国和德国,小型示范工厂已经在运营,而冰岛和美国在其中有雄心勃勃的项目。

根据政府估计,到2050年,美国电力的多达5%可能来自地热。但是一些分析家和科学家说,通过所谓的“增强地热系统”(例如)获得的深度地热力可能会为美国和世界的能源网格提供更多的贡献。潜力当然是巨大的:马萨诸塞州理工学院的研究人员最近的一份报告估计,仅在美国就可以捕获超过200,000款能源的能源,而在美国可以捕获超过200,000个能源…2005年在美国的能源。”该报告的首席作者MIT的化学工程师杰斐逊测试师说:“这是一种非常大的资源,也许在其对向美国供应能源供应的影响方面被低估了。”

But although EGS has many advantages — it produces no emissions of carbon dioxide, is available day and night (unlike sunshine or fickle winds), and can potentially be developed nearly anywhere in the world — much remains to be done before it can be put to use on a large scale. The main barriers are cost and developing sophisticated pumps that can move large volumes of water through fractures in the deep, hot rock.

目前,地热力在10美分和1美元之间提供了千瓦小时的电力,具体取决于热岩的深度和地形的地质结构。这远远高于每千瓦时燃烧的电力的6美分。但是,随着全世界政府采用税收碳排放量的上限和贸易制度,这一差距可能会稳步缩小。随着燃烧煤炭,石油和天然气的真正成本被考虑到方程式中,并且工程师改善了增强的地热系统所使用的技术,这种替代能源的吸引力有望增长。

根据政府估计,到2050年,美国电力的多达5%可能来自地热。

“问题是:我们可以做得更好吗?”华盛顿特区美国地热能源协会执行主任卡尔·加维尔(Karl Gawell)说:它可以得到多大复制?”

深井

挖掘地球的热量有悠久的历史。自古代以来,温泉就一直用于沐浴和清洁,从罗马纪事到冰岛的萨加斯,到处都有提及。并在1920年代使用这种热气腾腾的前哨基地。那时,北加州的间歇泉建筑群开始运作,依靠自然来提供理想的环境 - 地下岩石上充满了水,然后被加热并逃到地面。

如今,间歇泉是世界上最大的地热电厂,可为725,000户房屋生产出足够的电力。目前,从加利福尼亚到冰岛再到菲律宾的地热力量的1吉瓦特(Gigawatt)几乎完全依靠地球上热量的自然浇注。在美国,已经有3,000多兆瓦的地热容量(在间歇泉中的大部分),并提出了多达100个新的地热电厂用于有前途的地点。本周,美国内政部宣布将租用超过1.9亿英亩的联邦土地,以租赁地热开发。

但是,模仿自然界 - 在表面深处钻孔,裂缝岩石并通过其泵送水以捕获热量 - 可能会释放出地热力量的洪流。

地球动力学
澳大利亚地球动力学有限公司的Habanero 3井中流动的蒸汽流。地球动力学有限公司

马萨诸塞州达特茅斯大学的机械工程师罗恩·迪皮波(Ron Dipippo)表示,这种人造的地热系统可以收获高达基岩中的40%的热量,并通过表面上的简单低温蒸汽涡轮机转换为电力。,麻省理工学院报告团队的成员。

The researchers estimate that for just $1 billion invested over 40 years — the cost of one large coal-fired power plant and a fraction of the cost of a nuclear power plant — 100 gigawatts of clean, dependable geothermal power could be developed in the United States alone. That’s the energy equivalent of more than 200 coal-fired power plants or 100 new nuclear power plants.

许多科学家说,大规模开发EGS的技术尚不存在,但很快就会成为。麻省理工学院的测试人员说:“我们可以打开裂缝,这不是问题。”他指出,基本技术已经存在。“您当然可以定向钻孔。您可以将热水转化为蒸汽。”

增强地热系统的关键好处是它们的稳定性。地热电厂几乎一直在生产电力,据间歇联所有者Calpine地热副总裁丹尼斯·吉尔斯(Dennis Gilles)表示。吉尔斯说,例如,例如,即使是燃煤电厂的表现也优于燃煤电厂。

但是,现有的EGS发电厂是在德国法国和德国的Soultz-Sous Forets中,后者每年为欧洲网格产生22吉瓦时。没有人证明这种高级地热系统将大规模运行。瑞士努力开发在巴塞尔的另一个地热电厂,指出了另一个潜在的问题:地震。

不稳定的地面

在2006年12月和2007年1月,三场地震在里奇特量表上测得超过3次 - 太小了,无法造成严重的损害,但居民足够大 - 巴塞尔嘎嘎作响(这是1356年的地震升级)。事实证明,这是向地球深处的冷水注入,以试图破裂热,不稳定的岩石并创建另一个先进的地热系统。由于震颤的结果,该项目被震惊。

这种诱导的地震性是任何增强的地热系统不可或缺的一部分,本质上揭示了在地下岩石中产生断裂的位置。例如,间歇泉每年会产生3,000多个小地震,平均每天10次。一些震颤是自然发生的,而另一些则是由于间歇泉地下泵的水量有限引起的,以增加现场产生的自然蒸汽。

专家说,由EG引起的震颤不太可能是该技术的主要绊脚石,尤其是在植物远离大型人口中心的情况下。“诱发的地震性并未引起人们想到的破坏性地震的类型,”美国能源部地热技术计划的EGS专家Allen Jelacic解释说。“这不会导致您的房屋掉落或造成重大损坏。人们可以学会与之生活。”

除了地震外,增强的地热系统面临着钻井成本的障碍:对于油气行业,这些成本高于每英尺500美元以上的井,而井的深度超过18,500英尺,每天成本增加。在美国东北部等地区挖掘地热的热量将需要钻探几乎两倍的深度,而地热井则需要更宽,更永久的钻探(阅读更昂贵),而不是它们的油气和加加油。

最后,使水通过断裂的热岩的稳定流动将需要泵,该泵可以承受超过392°F的温度,每平方英寸超过5,000磅的压力和腐蚀性盐水。内华达州里诺(Reno)的地热开发商Ormat的联合创始人Lucien Bronicki说:“您必须提高泵的效率,以免损失太多的电力抽水。”

Currently, nearly 100 new geothermal power plants are being planned for development at promising sites.

其他需求清单是很长的:更快的钻孔技术,地下映射以及对地下流体流,高温记录工具和传感器以及更好的示踪剂和示踪剂解释技术的理解。

但是,稳定,安全,也许最重要的是,无碳电力的潜力吸引了投资。美国政府已续签了利息,2008年承诺了2000万美元,并承诺在未来四年内额外获得4300万美元,待在国会批准。美国政府还希望与澳大利亚和冰岛合作,以帮助开发这项技术。就此而言,澳大利亚政府已承诺为这种可再生能源提供4350万美元的澳元,而急于利用该计划的39家私人公司也能够从股票市场的投资者那里筹集资金。例如,地球动力学已经从13,000多名投资者那里筹集了3.19亿美元。

Google.org是渴望电力互联网巨头的慈善机构 - 已为两家启动地热公司提供了1100万美元的资金,其中包括开发一种新的钻井技术,它也会融化摇滚,而不是破裂。作为改进的地下映射。

美国能源部的地热计划经理埃德·沃尔(Ed Wall)说:“地热是可以在美国供电的资源。”美国西部特别有希望,因为地质密谋使地球的热量更接近地面。加利福尼亚和内华达州拥有许多有前途的地点。但是,假设可以改进深入的钻井和基本技术,则在全国各地都有地热资源。沃尔补充说:“它很干净,可再生,基本负荷。”

Hot Prospect

最终,可以首先在现有的自然站点开发出这种增强地热系统的希望的技术和技术,这些天然站点在热或水流方面被证明令人失望。间歇泉已经表明,重新注射水可以改善功率的产量 - 周围加利福尼亚社区的废水泵送了每年将电力输出提高到600万兆瓦时,而不会影响下面的岩石温度。石油和天然气业务为潜在的EGS业务奠定了基础 - 注入水或其他液体,破裂岩石,操纵钻头和改进钻头。

美国地热能源协会的Gawell补充说:“它不在这里,但还没有40年。”“真正的挑战不是发电厂,而是地下。”

一个被称为Innamincka的澳大利亚内陆哨所将很快成为世界上第一个使用EGS的完全地热的城镇。地球动力学正在在库珀盆地建造一个1兆瓦的飞行员工厂,该工厂应在明年运作,并为15个耐心的灵魂镇提供权力。

Everything needed for the power plant is ready and just needs to be assembled, says civil engineer and Geodynamic’s technical advisor, Adrian Williams. “In Australia, there’s no shortage of energy,” says Williams. “Clearly the lowest-cost way of generating power is conventional coal. But it’s the acceptance of the reality of climate change and the commitment to cut emissions that have provided the economic basis for the investments.”

发电厂完成后,越过7英里内陆的传统传输线将使Innamincka变成电力绿洲。威廉姆斯说,一兆瓦的工厂“将满足我们的网站需求,但更重要的是,它将使我们能够为innamincka提供动力。”目前取决于柴油发电机。”

And that will make the Dig Tree and the Cooper Creek basin more than a point of local interest.