有人想从地球内部获取"无限"能源,却担心引发地震

2020-02-24 07:02:39 来源: 知否 举报
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作者 | 乐邦

出品 | 网易科技《知否》栏目组(公众号:tech_163)

有研究团队钻了一口约3.2公里深的地热井,同时没有引发大地震。这可谓地球热量能源利用的一个福音。

在意大利托斯卡纳区亚平宁山脉翠绿的山麓丘陵深处,埋藏着宝藏。在那里,名为Venelle-2的钻塔耸立着,标出了宝藏的位置。该地热井触达地表以下约3.2公里的地方,那里的温度和压力非常高,以至于岩石开始弯曲。那里拥有形成超临界地热流体的条件,这种富含矿物质的水同时具有液体和气体的特征。这并不是真正意义上的黄金,但如果Venelle-2能够钻至超临界流体的储集层,并利用它们让地表上的涡轮发电机旋转起来,那么该类流体会是世界上能量密度最高的可再生能源之一。

有人想从地球内部获取无限能源,却担心引发地震

未解之谜

但要做到这一点并非易事。如果有大块岩石滑移,钻入地下深处可能会引发地震。这种风险在Venelle-2进一步放大,因为人类对该地质层知之甚少,介乎于靠近地表的坚硬岩石和地下更柔韧的岩石之间。当钻头穿过这一层钻入下面的超临界流体时,会发生什么事情,谁也说不准。

目前,这个谜团仍未解开。由于井底温度过高,钻井设备不堪重负,Venelle-2钻井停止了。井底的传感器显示,温度已经突破了500摄氏度,压力是地面的300倍。尽管如此,Venelle-2还是创造了有史以来最高的钻孔温度,它证明了钻探至极端的超临界区域是可行的。上周,发表在《地球物理研究杂志》上的一篇论文表明,在不产生任何重大的地震活动的情况下是可以做到这一点的。

论文作者说,他们希望他们的研究能缓解地热钻探引起地震的恐惧。毕竟,公众通常只有在钻探出了问题时才会听说地热井。但是,日内瓦大学的研究人员、该研究的合著者里尔卡多·米内托(Riccardo Minetto)说道,Venelle-2说明,“也有许多正面的地热井钻探案例”。

钻探案例

在意大利中部的Larderello-Travale地热田,Venelle-2钻探的井只是众多钻井中的一个。2015年,一个由多家欧洲能源公司和研究机构组成的财团启动了Descramble项目,意在看看能否从地热田提取更多的能源。他们的计划是钻探至地表下深层的超临界流体储层。如果能从井中提取出高能量密度的液体,这会是Larderello-Travale的又一个历史性突破。

Descramble团队并不是第一个寻求采掘超临界流体的团队。在美国、日本、意大利和墨西哥进行的实验,都在具备产生超临界流体条件的地方进行过钻探,那些条件包括温度高于370摄氏度,压力达到地表压力的220倍。但实际上只有一个项目发现了超临界流体。冰岛政府和一个国家能源公司财团共同展开冰岛深度钻探项目,2017年项目研究人员报告称,他们在地表以下约4.8公里处发现了超临界流体。三年后,他们仍然在致力于从钻井中获得有用的能源。

在冰岛深海钻探项目发现超临界流体之时,Descramble团队开始使用Venelle-2井进行钻探。他们使用强化钻探技术,来穿透比其他地热井热得多的区域。但是,经过6个月的钻探,他们不得不在离目标深度只有几百英尺的地方停下来。钻孔底部的温度比冰岛井高出近100摄氏度;温度太高,无法确保持续钻探的安全性。

地震风险

在整个钻探过程中,一个由欧洲地质学家组成的独立团队,一直在监测一个由超灵敏地震检波器组成的网络,那些仪器被放置在Larderello-Travale地热田周围。该团队记录到了某种地震活动,但那些震动在该地区属于正常水平。尽管如此,米内托还是提出了警告。超临界地热井是一项新兴的技术,他说未来钻探超临界流体的尝试“可能会引发更大的地震事件”。

尽管米内托承认还没有发生过任何与钻探超临界流体有关的地震,但在过去,地热井曾引起过大地震。2017年11月15日,韩国庆尚北道浦项市北部发生5.4级地震,事后调查认为浦项地热发电所向地热井注入高压水的作业触发了地震。几年前,瑞士巴塞尔的地震也与地热井有关。一些专家将这些地震事件归咎于断层钻探,这种钻探提高了效率,但也大大增加了触发地震的风险。至于钻探超临界流体是否比钻探传统的地热井有更大的地震风险,米内托说道,“关于超临界流体还有太多的未知因素,无法给出一个正确的答案。”

即使没有增加地震的风险,超临界地热井也有其他的弊端。超临界流体的储集层似乎少之又少,因此它们不大可能能够让这个世界过渡到地热能。而这些液体本身也会毁坏衬里和混凝土塞,进而对钻井造成严重破坏。热岩能源研究组织主席、地热公司Alta rock Energy联合创始人苏珊·佩蒂(Susan Petty)说,“这些液体具有很强的腐蚀性,会溶解岩石中的很多物质,这是你需要应对的。这非常可怕。”

增强型地热系统

相反,佩蒂主张建立“增强型地热系统”,但不依赖于自然存在的地热流体储层。这种类型的井钻到干燥、高温的岩石深处,并从地表注入水。水被加热到接近超临界的温度,然后被抽回地面,促使涡轮发电机旋转。这是一项借鉴于石油和天然气行业的技术,有望让地热能摆脱对天然热水的依赖。如果你钻得足够深,增强型地热系统几乎可以在任何地方使用。

在全球范围内,寻找和开采深层的热水和蒸汽资源的挑战制约了地热发电的推行。但是,据佩蒂估计,如果地热能源不局限于自然选择的地点,它可为世界上绝大多数人提供一个取之不尽、永不枯竭且无碳的电力来源。

但是,与超临界井一样,增强型地热系统也一直受制于技术挑战和大地震风险。上述发生在巴塞尔和韩国的地震都与增强型地热井有关。这是该技术固有的风险,还是钻井位置的选择问题,还不得而知。不过,增强型地热的概念发展得很慢。在美国,Alta Rock Energy等公司一直难以为其资本密集型项目吸引到资金,而且这些项目获得的联邦补贴也无法与风能和太阳能项目相提并论。此外,增强型地热系统作为一种缺乏历史记录的新技术,会让投资者承受更大的风险。

俄亥俄州立大学能源可持续性研究实验室的负责人杰弗里·比利克基(Jeffrey Bielicki)指出,“地热在市场推广上遇到了一点问题。尽管它有很多益处,但人们说起‘可再生能源’时,通常指的是风能和太阳能。”

本月早些时候,美国能源部宣布为其专用的地热试验场投入2500万美元的研究资金。这只是一个开始,地热能源系统距离连接你附近的电网还长路漫漫。

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王凤枝 本文来源:知否 责任编辑:王凤枝_NT2541
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