什么是地热能及其未来?

什么是地热能? 随着增强的地热系统技术的改进,地球的热量可能会成为主要的发电机。 Flickr / xavierbt

地热的字面意思是“地热”。 随着我们向地核深处钻探,地球的温度会升高。 我们可以通过使水通过地下热水池循环,将热水或蒸汽带到地面来利用这些热量作为能源。 然后,我们可以使用以下公式将热流体中的能量转换为表面的机械和电能 热机.

在十年前的快速起步之后,对澳大利亚地热发电开发的私人投资有所放缓。 随着新的发展为增强的地热系统带来商业可行性,这一点应该会再次得到重视。 这些具有成倍增长的潜力,有望为世界带来强大的力量。

常规地热系统

2010年,世界产生了20太瓦小时亿千瓦时)的地热发电。 所有这些都来自常规资源。 这些是自然产生的热水或蒸汽,被岩浆加热并在可渗透的岩石中循环。 它们与火山系统有关,并仅限于具有活跃或年轻火山的地区。

常规资源的使用并不新鲜。 在1904年, 在Larderello建了一家工厂意大利的地热蒸汽发电。 从那时起,地热发电装置以稳定的速度传播,但仅限于相对容易获得的资源。

增强型地热系统

地热还有另一种形式,在全球范围内普遍存在。 它是由某些花岗岩类型中的钾,铀和or同位素的放射性衰变产生的。

在南澳大利亚州库珀盆地的花岗岩中,存在痕量水平的同位素浓度。 产生的热量非常低。 以如此低的速度,花岗石块将温度升高100°C大约需要一百万年。 在这段时间里,岩石必须在深处保持良好的隔热性能。

为了获得这种深热量,必须至少钻两个井。 从一口井中注入冷水,岩石将其加热,然后从另一口井中抽出冷水。 两口井通常相距800至1000m。 在这样的系统中,仅当井之间的岩石具有足够的渗透性时,水才会从一个井流向另一个井。

天然岩石的渗透率还不够高,但是可以通过成熟的石油和天然气工程技术来提高。 这些系统称为增强地热系统(EGS)。

商业EGS开发

现在,由于深井价格昂贵,来自增强型地热系统的电力不具有成本竞争力。 为了产生足够的电力来支付油井和地面设备的费用,必须以接近100kg / s的速度将热水带到地面。 澳大利亚公司Geodynamics实现了世界上最好的EGS流量之一,但这只是该目标的三分之一。 尽管这是一项重大成就,但不足以使EGS电力具有商业竞争力。

如果您可以提高将能量转换为电能的效率,则可以弥补这些低流量。 但是在这方面的改进尚未使电力生产具有成本竞争力。

EGS电力在商业上可行之前,必须将EGS流量增加三倍。 它是 去年十二月报道 美国公司AltaRock可能已经开发出一种有前途的地热井技术。 如果所报告的结果通过进一步测试得到证实,它将为全球和澳大利亚的EGS地热开发提供新的气息。

其他澳大利亚地热资源

常规地热系统与增强型地热系统之间的划分是人为的,实际的全球地热资源涵盖了从自然温泉延伸至增强型地热系统的连续频谱。

最近的结果表明,尽管澳大利亚不是一个火山国家,但澳大利亚的岩浆接近地表,从而在沉积岩中产生热水。 澳大利亚地热行业称这些 热沉积含水层。 预计它们的自然渗透率高于EGS,但可能不如常规地热系统那么高。

在世界范围内,这类资源的工作量很少,但是澳大利亚以及其他地方(例如 土耳其南美 针对此类资源。

环境影响

在获取地热能时,所涉及的技术可能会对周围环境产生轻微影响。 如所见 巴拉那体验,可能会在表面上感觉到轻微的震颤,但这并不构成重大风险。 不使用地热能 再多喝水 比其他可再生火电能源应用。 此外,由于EGS储层非常深,且井被密封在钢套管中,因此EGS项目中使用的压裂增产措施不会对地表含水层构成威胁。

在一些火山来源的常规地热资源中, 释放到大气中的溶解气体 可能会影响当前环境。 这可能是与地热能相关的最严重的危害,但它仅限于某些常规资源(与澳大利亚无关)并且易于控制。

地热的未来

地热能的基础很强。 它是丰富的-大自流盆地的资源是 估计足够大 提供澳大利亚目前6000年的年度能耗。 它是能完全替代煤炭作为基本负荷发电机的为数不多的可再生能源之一。 它对环境的影响也很小。

无法获得足够的流量阻碍了其商业发展,但是这个问题可能在不久的将来得到解决。 如果发生这种情况,地热发电将成为2020年代领先的可再生能源技术之一。谈话

关于作者

机械工程学教授Hal Gurgenci, 昆士兰大学

本文重新发表 谈话 根据知识共享许可。 阅读 原创文章.

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