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岩浆发电的未来之路

已有 9110 次阅读 2012-5-8 00:06 |个人分类:科普写作|系统分类:科普集锦| 地球, 未来, 地质, 发电, 岩浆

岩浆发电的未来之路

/马志飞

北京时间20124111638分,印尼北苏门答腊西海岸发生里氏8.5级地震,随后又发生多次余震。对于印尼来说,地震仿佛是“家常便饭”,由于这里位于地球板块交界地段,地震、火山活动频繁,因此有“火山之国”的称号。

无论是地震还是火山,都是地下能量的释放过程,由此我们可以想到,印度尼西亚的地下应该储存着巨大的能源。科学研究表明,确实如此,印尼是世界上地热资源最丰富的国家,拥有世界40%的地热资源!

巨大的能源潜力

我们的地球称得上是一个巨大的热库,其内部的总热能量约为地球上全部煤炭储量的1.7亿倍,具有经济价值的潜在地热能大约相当于现在全球能源消耗总量的45万倍,比水力发电的潜力还大100倍。2010425日,第四届世界地热大会的主题是“地热,改变世界的能源”。大会发布的报告显示,现今世界地热利用已经达到了历史最大规模,更让我们自豪的是,中国对地热的利用量已跃居世界首位!

对于地热的利用,发电是一种最主要的方式。据《中国国土资源报》2010年报道,目前,地热发电在全球27个国家的总装机容量已经达到了10751兆瓦,年发电利用67246百万千瓦小时,平均利用系数为72%,也就是说,总装机容量一年中有72%的时间在工作。

按照国际惯例,一般将热储温度高于150℃的称为高温地热系统,热储温度在90150℃的称为中温地热系统,低于90℃的称为低温地热系统。现阶段,高温地热资源主要用于发电,而中低温地热资源主要用于非电直接利用,如开发建设温泉疗养场所等。在所有的地热资源中,岩浆是温度最高的,也是其他所有地热资源的最终热源,一般温度为6001300℃。因岩浆广泛分布于世界各地,能量源地众多,而且从岩浆中提取能源和使用的过程都是环保的,没有废物处置等后续问题,所以,利用岩浆发电就成了很多国家研究的课题。

岩浆发电的发展方向

最初,美国人提出的一种利用地热能发电的设想是:利用钻机打两口很深的钻井到达地下干热岩体,然后利用高压水流使两井之间的岩体产生裂缝构成通路,通过往其中一口井里注水,从另外一口井中收集被加热后的水蒸汽从而推动发电机发电。整个过程就是把地下热能首先转变为机械能,然后再把机械能转变为电能,原理和火力发电的基本原理是一样的。

基于这样的设想,美国、日本和英国等都进行过成功的试验。20世纪70年代末,美国的桑迪亚国家实验室就设计了一座岩浆发电站,位于美国夏威夷岛东南部的基拉韦厄火山;日本新能源开发机构成功地从3500深处的地下高温岩体中提取出了190的高温热水;在英国一个温度最高的热岩地带,在6000深处的热岩可以把水加热到200

但是,很多成功的试验都是没有直接触及岩浆,而只是接触到干热岩,这是一种内部不存在流体或仅有少量地下流体的高温岩体,一般温度大于200,埋深数千米,与熔融状态的岩浆不同。

观察火山喷发的情况我们可以发现,喷发出的火山岩浆里往往会带有大量的氢气,这就给了我们另外一种思路:在高温高压的条件下,炽热的岩浆与液态水会发生化学反应,产生大量的氢气、天然气和一氧化碳等。所以,岩浆发电厂在未来发展中可以与城市污水处理结合起来,它不仅可以将城市污水转化为蒸馏水,还可以将其中的生物质能(即除化石燃料外的植物、动物和微生物及其排泄与代谢物等)转化为氢气、天然气、一氧化碳等,作为工业燃料来使用。

600100兆帕的高温高压条件下。发生的化学反应如下:

2FeO + H2O = 2FeO1.5 + H2

(玄武岩)(液体)(玄武岩)(气体)

面临的问题

1979年,美国众议院科学委员会的代表听证会上,美国桑迪亚国家实验室表示,岩浆发电已经不再有任何科学问题,不过,这是一个高风险的工程项目,虽然经过了很多试验,依然面临着一些问题。
   
首要的问题是,在哪里更容易找到流动的岩浆?要想成功建设一个岩浆发电厂,必须首先找到一个岩浆源地,而且是能够循环的岩浆。也就是说,在地下深处随着热量不断被提取,冷却的岩浆必须要被周围更高温度的岩浆体所取代,新鲜的岩浆需要源源不断地出现。其实,这个问题已经得到解决,科学家对冰岛的克拉夫拉地热发电站之下的岩浆进行研究后发现,岩浆的运动和流通是可以追踪的,只不过需要花费大量的时间和财力。

其次,需要考虑到地震的影响。通常来说,岩浆活动强烈的地方,也是地震频发区域,这样的发电厂容易受到地震的影响,比如冰岛的克拉夫拉地热发电站在早期打下的19个钻孔,很多都被地震毁掉了,所以岩浆发电站的选址必须充分考虑地震的影响。

第三,世界各地不同的岩浆源具有不同的化学物质和温度压力条件,即不同岩浆源之间具有一定的差异,这些差异意味着,在一个地区的技术工作方案,将不适用于其他地方,从而加大了商业化运作的风险。

尽管未来的发展困难重重,但已经阻挡不了人们利用地热资源的步伐,随着地球科学的发展,岩浆发电将逐渐成熟,在电力的大家族中,又将多了一个重要成员。




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