岩浆发电的未来之路

文/马志飞

北京时间2012年4月11日16时38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。2010年4月25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90～150℃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600～1300℃。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米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米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。

在600℃、100兆帕的高温高压条件下。发生的化学反应如下：

2FeO + H₂O = 2FeO_1.5 + 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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