什麼是地熱能及其未來?

什麼是地熱能? 隨著增強的地熱系統技術的改進,地球的熱量可能會成為主要的發電機。 Flickr / xavierbt

地熱的字面意思是“地熱”。 隨著我們向地核深處鑽探,地球溫度會升高。 我們可以通過使水通過地下熱水池循環,將熱水或蒸汽帶到地面來利用這些熱量作為能源。 然後,我們可以使用以下公式將熱流體中的能量轉換為表面的機械和電能 熱機.

在十年前的快速起步之後,對澳大利亞地熱發電開發的私人投資有所放緩。 隨著新的發展為增強的地熱系統帶來商業可行性,這一點應該會再次得到​​重視。 這些具有成倍增長的潛力,有望為世界帶來強大的力量。

常規地熱系統

2010年,世界產生了20太瓦小時太瓦時)的地熱發電。 所有這些都來自常規資源。 這些是自然產生的熱水或蒸汽,被岩漿加熱並在可滲透的岩石中循環。 它們與火山系統有關,並僅限於具有活躍或年輕火山的地區。

常規資源的使用並不新鮮。 在1904年, 在Larderello建了一家工廠意大利的地熱蒸汽發電。 從那時起,地熱發電裝置以穩定的速度傳播,但僅限於相對容易獲得的資源。

增強型地熱系統

地熱還有另一種形式,在全球範圍內普遍存在。 它是由某些花崗岩類型中的鉀,鈾和or同位素的放射性衰變產生的。

在南澳大利亞州庫珀盆地的花崗岩中,存在痕量水平的同位素濃度。 產生的熱量非常低。 以如此低的速度,花崗石塊將溫度升高100°C大約需要一百萬年。 在這段時間裡,岩石必須在深處保持良好的隔熱性能。

為了獲得該深熱量,必須至少鑽兩個井。 從一口井中註入冷水,岩石將其加熱,然後從另一口井中抽出冷水。 兩口井通常相距800至1000m。 在這樣的系統中,僅當井之間的岩石具有足夠的滲透性時,水才會從一個井流向另一個井。

天然岩石的滲透率還不夠高,但是可以通過成熟的石油和天然氣工程技術來提高。 這些系統稱為增強地熱系統(EGS)。

商業EGS開發

現在,由於深井價格昂貴,來自增強型地熱系統的電力不具有成本競爭力。 為了產生足夠的電力來支付油井和地面設備的費用,必須以接近100kg / s的速度將熱水帶到地面。 澳大利亞公司Geodynamics實現了世界上最好的EGS流量之一,但這只是該目標的三分之一。 儘管這是一項重大成就,但不足以使EGS電力具有商業競爭力。

如果您可以提高將能量轉換為電能的效率,則可以彌補這些低流量。 但是在這方面的改進尚未使電力生產具有成本競爭力。

EGS電力在商業上可行之前,必須將EGS流量增加三倍。 它是 去年十二月報導 美國公司AltaRock可能已經開發出一種有前途的地熱井技術。 如果所報告的結果通過進一步測試得到證實,它將為全球和澳大利亞的EGS地熱開發提供新的氣息。

其他澳大利亞地熱資源

常規地熱系統與增強型地熱系統之間的劃分是人為的,實際的全球地熱資源涵蓋了從自然溫泉延伸至增強型地熱系統的連續頻譜。

最近的結果表明,儘管澳大利亞不是一個火山國家,但澳大利亞的岩漿接近地表,從而在沉積岩中產生熱水。 澳大利亞地熱行業稱這些 熱沉積含水層。 預計它們的自然滲透率高於EGS,但可能不如常規地熱系統那麼高。

在世界範圍內,這類資源的工作量很少,但是澳大利亞以及其他地方(例如 土耳其南美洲 針對此類資源。

環境影響

在獲取地熱能時,所涉及的技術可能會對周圍環境產生輕微影響。 如所見 巴拉那體驗,可能會在表面上感覺到輕微的震顫,但這並不構成重大風險。 不使用地熱能 再多喝水 比其他可再生火電能源應用。 此外,由於EGS儲層非常深,且井被密封在鋼套管中,因此EGS項目中使用的壓裂增產措施不會對地表含水層構成威脅。

在一些火山來源的常規地熱資源中, 釋放到大氣中的溶解氣體 可能會影響周圍環境。 這可能是與地熱能相關的最嚴重的危害,但它僅限於某些常規資源(與澳大利亞無關)並且易於控制。

地熱的未來

地熱能的基礎很強。 它是豐富的-大自流盆地的資源是 估計足夠大 提供澳大利亞目前6000年的年度能耗。 它是能完全替代煤炭作為基本負荷發電機的為數不多的可再生能源之一。 它對環境的影響也很小。

無法獲得足夠的流量阻礙了其商業發展,但是這個問題可能在不久的將來得到解決。 如果發生這種情況,地熱發電將成為2020年代領先的可再生能源技術之一。談話

關於作者

機械工程學教授Hal Gurgenci, 昆士蘭大學

本文重新發表 談話 根據知識共享許可。 閱讀 原創文章.

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