准确的说以现代科学的技术水平来说,地热的利用和发电已经成了一件非常普遍的事情,全球地热发电装机容量已经超过50,761.02MWt,这也是一个不小的数字,但从地球内部向地表传导的功率高达100PW·h,但在绝大部分地区相当分散,难以利用,下文我们就来了解下为什么不直接去利用地球内部的高温发电!
地热资源利用方式
地热是一种利用历史非常悠久的资源,至于多久我们实在难以考证,因为很难去查核原始人泡温泉的历史!现代科学发展了数千年,但我们利用地热的方式却没有多大改变,温泉是地热露头处,我们利用地热也只能在这些距离地表比较近的地热资源!
利用天然地下水地热的发电方式
方式一是利用高温的地热喷泉,直接利用,或者加热介质(比如沸点比较低的介质)的方式来蒸发形成高压蒸汽推动汽轮机工作发电的一种方式,这种模式对地热的热水温度要求相对较低,能够发电的地热资源范围比较大,但这种并非直接利用热水和水蒸气,介质的稳定性和污染是一个问题,并且在功率上也不可能做大太大。
利用地下干热岩层注水回收方式发电
这种方式在干热岩层中注水,然后回收高温高压的热水资源,其实这和第一种直接利用是类似的,只不过这种需要注水,没错在这里注水是合法的,而且需要高压水泵,这技术也不容易!不过更关键的是找到干热岩层,而且干热岩层的热容量也是一个问题,否则注水下去就冷却了,一锤子买卖那就彻底亏大本了!
羊八井地热电厂
羊八井地热是在1970年代被发现并提起建设的,1975年西藏第三地质大队在羊八井打出了第一口湿蒸汽(含有饱和水的蒸汽叫湿饱和蒸汽)井,同年9月份300千瓦地热发电机组成功发电,1976年中国大陆首台兆瓦级机组并网发电.
1985年羊八井地热电厂撞击容量已经达到了10兆瓦,并通过110千伏线路想拉萨市输电,占当年拉萨电网总发电量39.7%。到2006年底,羊八井电厂完成装机容量24180千瓦,年发电量1.097亿千瓦时,累计发电量18.4亿千瓦时,羊八井地热电厂是目前中国最大的地热试验基地,也是目前世界上唯一一家利用中温浅层热储资源开展工业性发电的电厂,西藏自治区地热发电装机容量位居中国第1位。
2015年全球地热直接利用的数据
为什么到处都有的地热资源,只有特定的地方才能利用呢?
从地球结构上来看几十千米深时温度就已经超过数百度,如果要更高温,那么继续深入即可,终有一处高温能满足你那变态的要求,一直到地核附近5500摄氏度,相信地球上没有任何一种物质能受得了如此环境!但地热的利用却不是处处,而是需要某些特殊的环境才可以!
成本与技术是制约地热资源利用最大的问题
之所以去找那些地热露头的位置或者找浅层地热资源,完全是因为成本和技术不足,比如人类钻探技术只能到达地下13千米左右的位置,这个成本需要多少钱前苏联是最清楚不过,科研可以,但如果要将其转换为生产力,那么就需要讲究投入产出比。
科拉深钻孔的反复钻探线路
那么去哪里找这些距离地表最近的地热资源呢?在中国就是青藏高原,但这里有一个问题,青藏高原所在地几乎没有人烟,而且生态极其脆弱,地形又非常复杂,地热利用极为困难,比如青海共和盆地在3750米处发现温度在275度的干热岩资源但却难以大规模利用就是这种尴尬境地!
浅层地热资源几乎都集中在西藏,当然如果技术上能轻松突破10千米的话,那么全国可利用的地方就多了!有资源的地方不好利用,即使用了输电成本也极高,而东南沿海又没有浅层地热资源,这就是在现代技术框架下受到严重制约的地热利用现状。
冰岛地热利用
全球地热利用最普及的国家是冰岛,也是国际能源署所统计的国家中可再生能源占比最高的国家,2014年,一次能源使用量的85%来自本地可再生能源,其中66%是地热。也就是说50%左右的能源即来自地热。冰岛的电力系统已经完全是可再生能源发电,来源是水电和地热发电,风电占比忽略不计,燃油发电机仅仅以数字告诉大家它还存在。
简单的说假如全球石油煤炭供应中断,估计只有冰岛能活下来哈!主要原因是冰岛整个国家都处在热点之上,冰岛的火山多就是证据,当然他们也得担心火山喷发带来的巨大影响,比如冰岛的埃亚菲亚德拉冰盖火山在2010年4月14日开始大规模喷发,火山灰迫使欧洲多国关闭机场,航空业遭重创。这座火山在同年5月初再度剧烈喷发,导致欧洲多国机场再次关闭!
2010年冰岛埃亚菲亚德拉冰盖火山喷发
太空拍摄的2010年冰岛埃亚菲亚德拉冰盖火山喷发
好吧,冰岛独家享受地热资源,后果却得全球承担,这未免太便宜他们了是吧!
地球内部的热量来自哪里?真的用不完吗?
地球内部的热量有两个来源,一是引力坍缩能,这是继承于地球形成的时期的热量,二是放射性物质的衰变,前者占总量的20%,后者占总量的80%,当前地球历史已经走过46亿年,即使半衰期最久的放射性物质也早已过半,因此在未来地球的产热机制将会逐渐退化,而且由于内核也在向地表散发热量,因此未来地核会逐渐变冷!
时间需要多久呢?大约还有二十几亿年才会导致未来地球的温度将再也无法提供流动产生磁场,简单的说未来地磁场会消失,提供保护作用的磁场消失会对地球生命产生严重影响,比如高能粒子可能会直达地表,也能碰撞大气使其加速逃逸。
我们利用地热会加速地核变冷吗?答案是肯定的,但就像太平洋里舀几瓢水用用,根本不会影响太平洋啥时候干涸,即使要干也不是你这几瓢水导致的。所以地热能还是大有可为的,更不需要担心地球被折腾冷了。