世界上最深地熱發電井:井深5000米 溫度900度
2020-12-06 網易科技
出品 | 王真 網易科學人欄目組
北歐冰島以其豐富的地熱資源聞名於世。但要想充分利用這些地熱資源，需要向地下更深處前進，下面，讓我們一起來探訪有史以來世界上溫度最高、鑽探最深的地熱發電井。
該項目屬於「冰島深層鑽探計劃」（IDDP）的一部分，是由冰島國家能源管理局和冰島幾家主要的能源公司在2000年成立的深層高溫地熱研發計劃。目前的合作夥伴還包括挪威國家石油公司。其曾於2009年動工，並在地下兩公裡處遇到了堅硬的巖石障礙，鑽頭被卡，工程師不得不使用炸藥來解決問題。在鑽頭再次被卡時，工程師還使用強酸來解決問題，但取得的進展有限。
冰島遍布著大大小小的地熱發電廠，每個發電廠都有著多個地熱井.
當火山熔巖開始滲入鑽孔時，工程師明白鑽頭已經到達了巖漿層，很快巖漿便毀壞了鑽探設備，鑽孔塌陷。在項目啟動時，工程師並沒有打算鑽進巖漿層，但這也表明深入巖漿層能夠得到更多熱能。其鑽井頂端溫度超過900攝氏度（1625華氏度），這個溫度能夠產生高溫的超臨界蒸汽。這樣以來，單個地熱發電井所產生的能量能夠為數萬家庭提供能源。
冰島遍布著大大小小的地熱發電廠，每個發電廠都有著多個地熱井，可以有效利用地熱資源，但大多數地熱井都比較淺。但是如果想要對這種地熱資源進行充分利用，地熱井就需要鑽得更深。巖漿層附近的高溫高壓能夠使得單個地熱井產生高達36兆瓦的電力，是現有地熱井產量的10倍。單個深井產生的電力相當於現有整個地熱發電廠的產量，能夠為數萬家庭提供電能。
地熱是世界上尚未有效開發的清潔能源之一，但是應對深井中的極端條件也是一個巨大的挑戰。這就是為什麼時隔7年之後，冰島深層鑽探計劃再次啟動，這次鑽探深度有望達到5公裡。
在這個深度，溫度或將達到500攝氏度。水在200個大氣壓以及400攝氏度的高溫高壓下，會呈現既不是液體也不是氣體，而是一種超臨界的流體，可以像加壓蒸汽一樣流動。
Gudmundur Fridleifsson是冰島可再生能源公司HS Orka的首席地質學家，筆者跟隨其來到冰島深層鑽探計劃的新址——位於西南部的雷克雅那半島，其距離東北部的IDDP舊址約200公裡。
四驅車沿著蜿蜒道路一路開去，我們逐步深入一個表面巖石層僅有一百萬年歷史的地區，該地區依舊被熔巖流所不斷重塑，地面密布了各樣顏色的條紋，看起來像熔巖流動新留下的痕跡。
我們穿過地熱場，大量蒸汽逸散到空中，硫磺的臭味無處不在。Gudmundur Fridleifsson對這種氣味很熟悉，「我們稱之為冰島香水。」
在冰島，火山是生態系統的重要組成部分，這裡遍布著大大小小的活火山。六年前一座火山噴發造成整個歐洲停航數天。冰島全國大約有30多個活火山，偶爾會噴發。
1973年，Gudmundur Fridleifsson在威斯特曼群島第一次看到活火山噴發，地表出現了一個約兩公裡長的裂縫，熔巖源源不斷噴湧而出。那次熔巖噴發在當地造成逾5000人流離失所。
由於特殊的地理位置，冰島地區火山活動異常頻繁。其坐落在大西洋中部洋脊頂部，正好處於兩個板塊的交界處，因此地質活動異常頻繁。
我們到達目的地時，鑽機正在工作，轟鳴聲在冬季的曠野中迴蕩。工人正在將鑽杆移動到適當位置並將其打入地下。此次鑽探地點曾在1985年進行過地熱鑽探，遇到了意想不到的極端地熱區。當時沒有人知道該怎麼辦，於是便堵上了鑽孔。工程項目經理Ari Stefansson指出，沒人知道地下真正有什麼，「我們鑽的越深，發現的東西越有趣。」
Ari Stefansson坐在供熱房間裡，看著最新的鑽探信息。屏幕上顯示出各種圖像信息，其中最為關鍵的在於鑽頭深度。Ari Stefansson介紹說，「現在我們的鑽頭深度是4090米。」僅僅在幾周之前鑽孔深度還是3640米，現在距離最終目標還有約1公裡的距離。
深層鑽探計劃所取得的巖芯
此次深層鑽探的成功或將超臨界流體能夠廣泛應用於世界各地。加利福尼亞大學河濱大學地質學家和名譽教授威爾弗雷德·埃爾德斯（Willfred Elders）正在與IDDP合作，他指向牆上的地圖，介紹了世界上其他一些有地熱資源的地區。
「我們可以在這裡驗證相關應用，然後在其他地方推廣，」埃爾德斯說，加利福尼亞某地擁有著世界上最大的地熱儲層。
HS Orka的執行長Asgeir Margeirsson表示，如果深鑽工程獲得成功，相應的極端地熱能被廣泛應用，那麼帶來的不僅僅是廉價電力，譬如雷克雅那半島的地熱發電工廠現在就在直接向當地企業提供熱水。
雷克雅那半島的地熱發電工廠現在就在直接向當地企業提供熱水
而Gudmundur Fridleifsson指出，冰島一個專門養殖熱帶魚的工廠採用地熱來加熱水溫，而另一家公司則利用地熱蒸汽來乾燥鮮魚，從而可以將魚乾在常溫下出口到奈及利亞。還有道路、停車場等利用地熱來融雪，Asgeir Margeirsson稱「這在冬季減少了戶外活動時滑倒的風險，也在一定程度上減少了醫療負擔。」
此外，冰島足球隊也將歐洲杯的成功歸功於當地的廉價能源，這使得他們有足夠的資金來建成新的室內運動場，從而冬天能夠在室內進行練習。Asgeir Margeirsson稱，由於能源便宜，所以有錢建立新的體育設施。「所以我們能夠在歐洲杯上取得如此的榮譽，就是這樣。」
然而，並不是所有的冰島人都歡迎地熱發電。有人認為雷克雅那半島等領域已被電力公司過度開發，可能會導致資源消耗的速度過快。而有些人則擔心鑽井和注水會引發地震。這種擔憂也是真實存在的。2005年，瑞士巴塞爾一個地熱發電井在一系列地震後被遺棄，其中一次地震強度高達3.4級，導致建築物部分損壞。Asgeir Margeirsson也承認，注水會引起輕微地震，但他認為輕微地震是一件好事，有助於釋放地下過多的能量。
無論如何，很多人堅信地熱能是解決能源危機的重要手段。英國杜倫大學Jon Gluyas指出：「地熱資源是是可持續的，堪稱可再生能源的銀彈，且不會產生高放射性廢物，」對深度鑽探計劃非常感興趣的英國達勒姆大學Jon Gluyas教授指出，「譬如在英國，我們使用的能源有一半是用家庭和辦公室取暖。如果使用我們所擁有的地熱資源，我們至少可以持續採暖100年，同時減少近50％的二氧化碳排放。」
Gudmundur Fridleifsson和他的同事已經在計劃他們的下一個項目。Gudmundur Fridleifsson透露，2020年他們計劃在冰島西南部的Hengill火山斜坡上開始鑽探。
當我們開車離開雷克雅那鑽探地時，他指出，總有更多的勘探需要完成。何況許多地熱區的火山巖都包含了很多有價值的礦產，尤其是黃金含量相當之高，其在巖石中的比例是歐洲大陸玄武巖中黃金含量的兩倍。
在回冰島雷克雅未克的漫長道路上，遠處地平線上的地熱蒸汽正在藍天下緩緩上升。每一個都在提醒我們，那裡的地下所擁有的巨大財富資源。
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