關注|如何開採超深層地熱能,還不引發地震?

2021-01-20 地源熱泵網

有研究團隊鑽了一口約3.2公裡深的地熱井，同時沒有引發大地震。這可謂地球熱量能源利用的一個福音。

在義大利託斯卡納區亞平寧山脈翠綠的山麓丘陵深處，埋藏著寶藏。在那裡，名為Venelle-2的鑽塔聳立著，標出了寶藏的位置。該地熱井觸達地表以下約3.2公裡的地方，那裡的溫度和壓力非常高，以至於巖石開始彎曲。那裡擁有形成超臨界地熱流體的條件，這種富含礦物質的水同時具有液體和氣體的特徵。這並不是真正意義上的黃金，但如果Venelle-2能夠鑽至超臨界流體的儲集層，並利用它們讓地表上的渦輪發電機旋轉起來，那麼該類流體會是世界上能量密度最高的可再生能源之一。

未解之謎

但要做到這一點並非易事。如果有大塊巖石滑移，鑽入地下深處可能會引發地震。這種風險在Venelle-2進一步放大，因為人類對該地質層知之甚少，介乎於靠近地表的堅硬巖石和地下更柔韌的巖石之間。當鑽頭穿過這一層鑽入下面的超臨界流體時，會發生什麼事情，誰也說不準。

目前，這個謎團仍未解開。由於井底溫度過高，鑽井設備不堪重負，Venelle-2鑽井停止了。井底的傳感器顯示，溫度已經突破了500攝氏度，壓力是地面的300倍。儘管如此，Venelle-2還是創造了有史以來最高的鑽孔溫度，它證明了鑽探至極端的超臨界區域是可行的。上周，發表在《地球物理研究雜誌》上的一篇論文表明，在不產生任何重大的地震活動的情況下是可以做到這一點的。

論文作者說，他們希望他們的研究能緩解地熱鑽探引起地震的恐懼。畢竟，公眾通常只有在鑽探出了問題時才會聽說地熱井。但是，日內瓦大學的研究人員、該研究的合著者裡爾卡多·米內託（Riccardo Minetto）說道，Venelle-2說明，「也有許多正面的地熱井鑽探案例」。

鑽探案例

在義大利中部的Larderello-Travale地熱田，Venelle-2鑽探的井只是眾多鑽井中的一個。2015年，一個由多家歐洲能源公司和研究機構組成的財團啟動了Descramble項目，意在看看能否從地熱田提取更多的能源。他們的計劃是鑽探至地表下深層的超臨界流體儲層。如果能從井中提取出高能量密度的液體，這會是Larderello-Travale的又一個歷史性突破。

Descramble團隊並不是第一個尋求採掘超臨界流體的團隊。在美國、日本、義大利和墨西哥進行的實驗，都在具備產生超臨界流體條件的地方進行過鑽探，那些條件包括溫度高於370攝氏度，壓力達到地表壓力的220倍。但實際上只有一個項目發現了超臨界流體。冰島政府和一個國家能源公司財團共同展開冰島深度鑽探項目，2017年項目研究人員報告稱，他們在地表以下約4.8公裡處發現了超臨界流體。三年後，他們仍然在致力於從鑽井中獲得有用的能源。

在冰島深海鑽探項目發現超臨界流體之時，Descramble團隊開始使用Venelle-2井進行鑽探。他們使用強化鑽探技術，來穿透比其他地熱井熱得多的區域。但是，經過6個月的鑽探，他們不得不在離目標深度只有幾百英尺的地方停下來。鑽孔底部的溫度比冰島井高出近100攝氏度；溫度太高，無法確保持續鑽探的安全性。

地震風險

在整個鑽探過程中，一個由歐洲地質學家組成的獨立團隊，一直在監測一個由超靈敏地震檢波器組成的網絡，那些儀器被放置在Larderello-Travale地熱田周圍。該團隊記錄到了某種地震活動，但那些震動在該地區屬於正常水平。儘管如此，米內託還是提出了警告。超臨界地熱井是一項新興的技術，他說未來鑽探超臨界流體的嘗試「可能會引發更大的地震事件」。

儘管米內託承認還沒有發生過任何與鑽探超臨界流體有關的地震，但在過去，地熱井曾引起過大地震。2017年11月15日，韓國慶尚北道浦項市北部發生5.4級地震，事後調查認為浦項地熱發電所向地熱井注入高壓水的作業觸發了地震。幾年前，瑞士巴塞爾的地震也與地熱井有關。一些專家將這些地震事件歸咎於斷層鑽探，這種鑽探提高了效率，但也大大增加了觸發地震的風險。至於鑽探超臨界流體是否比鑽探傳統的地熱井有更大的地震風險，米內託說道，「關於超臨界流體還有太多的未知因素，無法給出一個正確的答案。」

即使沒有增加地震的風險，超臨界地熱井也有其他的弊端。超臨界流體的儲集層似乎少之又少，因此它們不大可能能夠讓這個世界過渡到地熱能。而這些液體本身也會毀壞襯裡和混凝土塞，進而對鑽井造成嚴重破壞。熱巖能源研究組織主席、地熱公司Alta rock Energy聯合創始人蘇珊·佩蒂(Susan Petty)說，「這些液體具有很強的腐蝕性，會溶解巖石中的很多物質，這是你需要應對的。這非常可怕。」

增強型地熱系統

相反，佩蒂主張建立「增強型地熱系統」，但不依賴於自然存在的地熱流體儲層。這種類型的井鑽到乾燥、高溫的巖石深處，並從地表注入水。水被加熱到接近超臨界的溫度，然後被抽回地面，促使渦輪發電機旋轉。這是一項借鑑於石油和天然氣行業的技術，有望讓地熱能擺脫對天然熱水的依賴。如果你鑽得足夠深，增強型地熱系統幾乎可以在任何地方使用。

在全球範圍內，尋找和開採深層的熱水和蒸汽資源的挑戰制約了地熱發電的推行。但是，據佩蒂估計，如果地熱能源不局限於自然選擇的地點，它可為世界上絕大多數人提供一個取之不盡、永不枯竭且無碳的電力來源。

但是，與超臨界井一樣，增強型地熱系統也一直受制於技術挑戰和大地震風險。上述發生在巴塞爾和韓國的地震都與增強型地熱井有關。這是該技術固有的風險，還是鑽井位置的選擇問題，還不得而知。不過，增強型地熱的概念發展得很慢。在美國，Alta Rock Energy等公司一直難以為其資本密集型項目吸引到資金，而且這些項目獲得的聯邦補貼也無法與風能和太陽能項目相提並論。此外，增強型地熱系統作為一種缺乏歷史記錄的新技術，會讓投資者承受更大的風險。

俄亥俄州立大學能源可持續性研究實驗室的負責人傑弗裡·比利克基（Jeffrey Bielicki）指出，「地熱在市場推廣上遇到了一點問題。儘管它有很多益處，但人們說起『可再生能源』時，通常指的是風能和太陽能。」

本月早些時候，美國能源部宣布為其專用的地熱試驗場投入2500萬美元的研究資金。這只是一個開始，地熱能源系統距離連接你附近的電網還長路漫漫。

來源：網易科技《知否》 作者:樂邦，原標題：有人想從地球內部獲取"無限"能源，卻擔心引發地震

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