地热能利用不应限于“天然的”

   
      在可再生能源的大家庭中，地热能一直以来都无法与风能和太阳能的受欢迎程度相提并论。地热发电作为一种有效的替代能源，其价值始终被人忽视。

      不过，地热资源的利用由来已久：自古罗马人把沐浴作为日常生活的一部分后，在由地震活动所造成的地质裂痕而渗透出的滚热地下水和蒸汽处沐浴，逐渐成为欧洲国家的一种潮流；在地球的另一端，位于火山地震带群岛上的温泉自日本平安时代起已风靡至今。

      如今在全球范围内，诸如冰岛、菲律宾、哥斯达黎加和新西兰等，这些横跨地震带或拥有活火山的国家一直在从地热资源中获取部分热能和电能。此外，美国拥有着全球最大的地热发电装机容量——340万千瓦。然而由于美国坐拥丰富的煤炭和油气资源，在水电和核电方面也有巨大投资，其地热发电规模仅仅占发电总量的0.4%。

      尽管现状堪忧，但地热能的优势还是十分明显的。地热能可谓当之无愧的清洁能源，其碳排放是所有能源中最少的；不会受天气因素的影响，也不因日落等出现周期性变化；在生产过程中资源损耗极低，且地热能几乎是用之不尽的。最重要的还是地热能的使用相当于是免费的。

      地热能发展的短板在于缺少政策支持。以美国为例，在过去5年间，美国政府通过财政拨款与减免税收相结合的方式在清洁能源领域投入了近1500亿美元。其中1/2用于电动汽车、高性能电池、高速铁路、配电系统、核能以及化石燃料新技术中；另外1/6用于生物燃料补贴；余下的1/3用于各种形式的可再生能源发电。在美国能源部2014年的预算中，太阳能方面的研究达到2亿5700万美元，而地热能只有4500万美元。总之，地热能大约只拿到了美国政府总资助的1/30，这包括：研究拨款、对等资金、税收减免等。政府的资助主要都用于风能和太阳能领域。

      当然也有不同声音指出，地热项目发展的最大阻碍并非是政府的“吝啬”。在拥有活火山的地区，地热资源轻而易得，唯一的问题是你要不要用它，政府的资助反而无关紧要。但是在其他地方，你要向地下挖掘足够的深度才能得到大量可用的地热能。可以肯定的是，在没有温泉的区域挖掘深井，勘测和挖掘的成本往往很高。此外，哪怕挖掘深度已经足够，开采者也没有什么更好的方法从地下提取出地热能。

      目前，来自石油和天然气行业的帮助让地热能研究迈出了重要的一步。这就是页岩油气开采所用的水力压裂技术。我们都知道，页岩层中的油气资源跟脉岩紧密地结合在一起，以至于原油不会自行喷涌而出，将水注入到页岩层中，利用高压的水击碎脉岩，释放被束缚的原油。

      可以说水力压裂技术是增强型地热系统（EGS）的有力支撑。该系统是对地下“热岩”进行深层钻探、破碎，把水注入热岩孔隙中。水被加热，产生蒸汽，通过人工手段进行蒸汽发电。简单来说，开采人员现在要在基岩下方挖掘两口几千米深的井，再用高压水或爆破方式打碎两口井之间的脉岩，开采过程中将水注入到其中一口井中，得到加热的水同时会进入到另一口井中。由于气压差的存在，水汽会一直向上运动，产生的蒸汽就会推动汽轮机发电。

      美国麻省理工学院（MIT）的科学家利用了多年时间来探测增强型地热系统的潜力。科学家预计，如果在美国未来15年内投入10亿美元用于研究和发展，到2050年至少可以建造出1亿千瓦发电量的地热发电装置。在全球范围内，可利用的地热能资源超过200 zettajoules（1ZJ=1021焦耳）。通过进一步的研究，科学家预计，可利用地热能是此前估计的10多倍，足够全球在当前用电情况下使用数千年。

      值得注意的是，增强型地热系统需要挖掘的钻井保持足够的深度，这是因为地热发电的热能效率受到达地面水汽的温度影响很大。地热温度要达到150℃或者更高，才足以产生满足使用的蒸汽来转动汽轮发电机。除了那些地壳板块交接的地带，每下降1千米深度，母岩的温度就会上升25-30℃。这意味着，要得到足够的蒸汽，就不得不把井向下挖掘数千米。

      目前来看，足够深的钻井还是比较少见的，最深的钻井也仅为12.3千米，而这样所产生的蒸汽质量跟用化石燃料加热锅炉产生的蒸汽根本无法比较。也就是说，地热能发电的热能效率最佳情况也就达到23%，只有火电厂效率的一半。

      但这并不意味着地热发电没有竞争力。由于地热能基本上是免费的，维护成本少，造成的环境问题也少，所以运营成本很低。通常，地热电站生产1千瓦时的电能花费5美分，这跟燃煤发电相当，而风能发电需要8美分，太阳能发电需要13美分。

      不同于风能和太阳能，地热电站可以夜以继日、年复一年地发电。地热电站的平均利用率为73%，有些地热电站的利用率甚至高达96%。太阳能电池板的平均利用率还不到12%，风电的利用率也就是23%。在很多方面，地热电站跟核电站很相似，核电站的利用率为90%，但地热电站占地很小，且没有辐射和废物处理问题。

      同时，发电站未来需要更加灵活的电能供应，要求电能既可以快速地增加供应也可以快速地减少供应。地热能既可以向基本负荷供电，也可以向变化的负荷供电，或是任一种负荷供电。即可以以最低发电量一直向外供电，也可以在白天甚至在清晨跟踪负荷变化改变发电量，甚至可以作为“峰值电厂”向突然出现的负荷峰值快速增发供电。

      地热能展现出了作为备用能源更廉价、更清洁、更可靠、更高效的一面，也展现了向发电站提供所需的灵活供电方式。