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大自然对冰岛的馈赠——地热能

日期:2015-06-12  

国际新能源网

2015
06/12
17:28
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关键词: 地热电站 冰岛 地热能


坐落在北极圈上的火山之国冰岛,化石能源十分匮乏,却拥有储量丰富的地热资源。从20世纪60年代开始,这个国家对地热资源的研究与开发利用走在了世界前列,其“深层钻探计划(IDDP)”已经成功钻探出世界上第一口直接靠岩浆加热的地热井。

“靠山吃山,靠水吃水”,是放之四海而皆准的真理。在能源问题上,冰岛这个国家“靠火山吃火山”就是这条真理的最好写照。

说到火山之国,人们最先想到的常常是印度尼西亚、日本或者非洲之角,倒忽略了在遥远的北极圈边上,孤零零地被大西洋(600558,股吧)和北冰洋的海水包围住的名副其实的火山国——冰岛。从国名上看,这个国家应该是一片冰封的大地,然而,在这片寒冷的冰天雪地之下,炽热的岩浆在汹涌翻滚。从空中俯瞰,冰岛就是一座从海水里升出来的大火山锥,在10万平方公里的国土上遍布着活火山,数不清的地热泉、泥浆泉和蒸汽眼在冷却熔岩上喷云吐雾。大量已经喷发过的火山口或覆盖着皑皑积雪,或充盈着蓝绿色的湖水。

为冰岛打开的一扇窗

上苍似乎对冰岛十分吝啬,它没有给这片土地留下肥沃的土壤和茂密的森林,也没有留下什么煤炭和石油等天然资源。不过,冰岛人最终还是找到了属于自己的能源形式——水力发电与地热。现如今,水力与地热满足了冰岛人85%的电力需求。

冰岛的地热开发始于20世纪60年代末。1969年,冰岛历史上第一座地热电站比加拉夫莱格地热站在北部建成。虽然在最初这座地热电站只有一台3兆瓦的发电机,但它标志着冰岛在地热资源开发领域走出了第一步。经过半个世纪的发展,现在冰岛已拥有5座大型地热电站,最大的赫利舍迪地热中心站位于冰岛的西北角,发电装机容量303兆瓦,热力产能130兆瓦,是目前世界第二大地热电站。

目前,冰岛一次能源的54%来自地热,地热应用领域广泛,其中57.4%用于空间加热,可为全国87%的建筑供暖并提供热水;另外还有15.9%用于发电。在政府的大力支持下,这个国家对地热资源的认识和研究走在世界前列,对地热资源的开发利用越来越广。由地热供热替代原来的燃油供热,使冰岛1970~2000年间共节省了约82亿美元,每年节省燃油约70万吨,减少了37%的二氧化碳排放。

冰岛政府认为,该国有更多的地热资源尚待开发。据估测,若获得充分开发,冰岛地下的岩浆每年还可提供超过200亿千瓦时的地热能

到地球更深处去

世界上不少国家都在探索地热能源开发技术,在欧洲、澳大利亚、美国和日本,最近二三十年地热开发投资在不断增加。目前采用的地热开发方式,多为钻一口深入地下数百米的钻井,然后将水灌注进去,利用地下岩石的热量把水加热,以获得热水或蒸汽。但是通过这种方式获得的地热资源不稳定,且开发效益低下。

为此,在2005年,冰岛国家能源机构联合国内三大能源公司,开始实施“深层钻探计划(IDDP)”,意在探索高效地热开发技术。

IDDP的第一口实验性深探钻井选址在雷克雅内斯半岛,这里是冰岛西南部的一个火山活动活跃地区。这口井的预期钻探深度为5000米,钻头要穿透地下的拉班玄武岩层、海洋沉积层、粗花岗岩层和辉绿岩层等不同岩层。可是在尚未达到预定深度时,钻井发生了意外堵塞,只好被迫放弃。

这次失败并没有让人气馁。不久,IDDP工程移址到位于冰岛北部的克拉夫拉火山地区正式开探一号井。克拉夫拉火山是冰岛最著名的火山之一,高818米,火山口直径约10千米,在1975~1984年的活跃期曾连续喷发了9次。2006年的一次地质勘察表明,在克拉夫拉火山区地下深3000~5000米的地方存在着产生地热的最佳条件。

一号井的预期深度为4500米,根据项目预测与规划,这个深度可以到达普通高温地热层的最深处,那里与温度达上千度的熔岩层仅仅相隔着一层不厚的岩层。在这种情况下,灌注的冷水会令岩石发生淬裂,下面的熔岩通过裂隙直接对灌入的水进行加热,从而产生温度高达400~600摄氏度的超热水蒸气。这些水蒸气在地下高压作用下会喷出地面,推动发电机组发电。同时,水蒸气喷出以后在深层形成一个负压空间,使上层温度较低的水灌入到深层,被继续加热,从而形成一个循环系统。

出乎意料的是,IDDP一号井在钻到2100米深度时就遭遇了熔岩层,被冷水淬火后的岩浆形成了玻璃样的黑曜石栓塞了钻头。面对这一意外情况,工程人员利用前期实验性钻井取得的经验,成功地在井内深1958~2008米的地方置放了抗高温金属铸件管,这一深度几乎就在熔岩层的上方。

虽然一号井的钻探深度远没有达到预期,但成功封井以后,开发公司依然可以从这口井获得每秒30公斤、温度达330摄氏度的高温高压水蒸气。经转化,发电功率约为20兆瓦。

IDDP一号井是世界上第一口直接靠岩浆来加热的地热井,这种深钻技术对地热资源的利用效率比普通地热技术高出五到十倍。因此,它的成功取热具有里程碑式的意义。目前开发公司正在筹集资金,准备继续钻探IDDP二号井和三号井,并在不断改进相关的技术方法和设备器材,期待在不久的将来能够实现深层钻探技术的商业化应用。

意外的馈赠

地热资源不仅是冰岛重要的能量来源,在开发过程中也给冰岛带来了意外的惊喜,位于克夫拉维克附近大名鼎鼎的蓝礁湖就是其中之一。

1976年,这个地区的苏德那热力厂开始利用从深达2000米的海底抽取上来高温海水加热城市的供热水源。这些80摄氏度的海水在被使用过后,被倾泻到附近一个荒芜的由火山熔岩凝结成的山谷中。人们本以为这些海水很快便会从玄武岩层缝隙中渗入到地下,并最终流回到海洋中去。可没有想到,这些海水与岩层发生了化学反应,将岩石中的矿物质溶解了出来,剩余的沉积物堵塞了岩石缝隙,阻止了海水向下渗入。

久而久之,这片坑坑洼洼的黑色火山熔岩区被逐渐灌满了热海水。海水里溶解的大量矿物质和硅矽沙,以及水中大量生长的嗜热蓝藻,让海水呈不透明的乳蓝色。当地居民在水中浸泡身体后欣喜地发现,多年的关节炎和皮肤病都有所改善。于是,这里很快建成了一座独具特色的蓝礁湖温泉浴场和疗养院。不久,蓝礁湖成为了冰岛男女老少最喜爱的休闲场所,也逐渐成了冰岛旅游的国际知名品牌。

苏德那热电厂一年四季不间断地向蓝礁湖注入37摄氏度左右的温热海水,使这个面积约5000平方米的浅湖湖水每40小时就可以全部更新一次。一大片望不到边的乳蓝色水面上,犬牙交错地突起着黝黑的火山熔岩。在袅袅的蒸汽中一座座礁岩若隐若现,形成了梦幻般美丽的湖岛。坐在温水里,背后是黑黝黝带有几分神秘的火山熔岩,眼前是雾淖淖梦幻般的水面。远处一团团白色的蒸汽腾空而起,如同一座新的火山即将爆发。

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