建設帕瓦加達2千兆瓦太陽能電廠的利與弊

我們腳下蘊藏著大量地熱能。但今天的鉆井方法很難穿透致密的巖石和高壓條件開采地熱能。新一代“加強型”鉆井系統(tǒng)致力于克服這些障礙，實現(xiàn)前所未有的地熱供給。

阿爾塔洛克能源公司（AltaRock Energy）正在努力利用毫米波使巖石熔化和汽化。

科學家們沒有采用刺耳的機械鉆井方法，而是采用回旋振蕩管（一種專業(yè)的高頻微波束生成器）在堅硬的巖石板上開孔。

其目標是用比傳統(tǒng)鉆井方法更快的速度和更低的成本穿透更深層的巖石。這家總部位于西雅圖的公司最近收到了美國能源部高級能源研究計劃局（ARPA-E）提供的390萬美元政府撥款。

在這個為期3年的項目中，科學家們將不斷擴大技術(shù)的示范規(guī)模，從燒穿手掌大小的樣品拓展到房間大小的厚板。

項目合作方表示，希望在2022年9月?lián)芸钇诮Y(jié)束之前，開始在現(xiàn)實世界的測試場地鉆井。阿爾塔洛克預計，僅0.1%的地熱能即可滿足人類200萬年的能源總需求。

地球核心的溫度高達6000攝氏度，通過巖漿層、大陸地殼和沉積巖輻射熱量。在極深的地方，這種熱量可以為地球上的任何地方提供持續(xù)供給。但由于技術(shù)和財力的限制，大部分地熱項目的深度不到3千米。

許多井是從靠近地表的間歇泉或溫泉汲取熱能的。盡管地熱能潛力巨大，但根據(jù)國際可再生能源協(xié)會的數(shù)據(jù)，地熱能發(fā)電僅占全球發(fā)電容量的0.2%。

“現(xiàn)在我們的問題是如何獲取地熱能?！卑査蹇俗庸綫uaise的首席執(zhí)行官卡洛斯?阿拉克（Carlos Araque）說，“希望在于，如果我們能鉆10到20千米深，我們基本就可獲得無限的能源?！?/p>

ARPA-E項目采用的技術(shù)是麻省理工學院等離子科學與聚變中心的高級研究工程師保羅?沃斯科夫（Paul Woskov）首先開發(fā)的。

從2008年開始，沃斯科夫及其同事便利用10千瓦的回旋振蕩管來產(chǎn)生頻率在30到300千兆赫的毫米波。在其他地方，毫米波用于多種目的，包括5G無線網(wǎng)絡、機場安檢和天文學等。

產(chǎn)生這些毫米波僅需要功率為幾毫瓦的電力，但要鉆透巖石則需要功率達到幾兆瓦。

一開始，麻省理工學院的研究人員在試驗箱里放了一塊巖石，然后用金屬波導管引導大功率高頻波束沖擊巖石打孔。為了防止等離子體分解起火，研究人員在此過程中注入壓縮氣體。在試驗中，毫米波鉆穿了花崗巖、玄武巖、砂巖和石灰?guī)r。

在ARPA-E撥款的支持下，麻省理工學院的團隊將在美國田納西州橡樹嶺國家實驗室利用兆瓦級回旋管開發(fā)他們的工藝流程。

“我們正在嘗試推進技術(shù)上的突破，為開發(fā)深層地熱能源開辟道路?！卑⒗苏f。其他的增強型地熱系統(tǒng)正在使用機械辦法從深井和熱源中提取能量。

冰島工程師們正在鉆探5千米深處兩大構(gòu)造板塊之間的巖漿層。澳大利亞、日本、墨西哥和美國西部（包括阿爾塔洛克的一個項目）的示范項目則在大陸巖石上鉆探人工裂縫，工程師向裂縫注入水或液體生物質(zhì)，然后再將它們泵回地面。

當液體溫度超過374攝氏度、壓強超過22100千帕時，液體將變成“超臨界”流體，比一般鉆井中的水更容易流動，能更有效地傳輸能量。

但這種方式會引發(fā)地震活動，瑞士和韓國的項目在地震襲擾周邊城市后被關閉。而毫米波鉆探則不存在這樣的風險。

阿拉克表示，雖然波束會溢出鉆孔，但損害可限制在地下深處。位于美國達拉斯的南衛(wèi)理公會大學的地熱實驗室協(xié)調(diào)員瑪利亞?理查茲（Maria Richards）說，使用毫米波的一個優(yōu)勢在于，可以在幾乎任何地方進行鉆探，包括現(xiàn)有發(fā)電站旁邊。

在被關閉的煤礦設施中，地下深層的地熱井可產(chǎn)生蒸汽來驅(qū)動現(xiàn)有的渦輪機。此前，得克薩斯州的實驗室探索過利用地熱能幫助天然氣發(fā)電廠更高效地運行。

“最終發(fā)現(xiàn)它的成本太高了。但如果我們能鉆得更深，獲得更高溫度的地熱，像我們這樣的項目就很可能會贏利。”理查茲說。她提到，毫米波也可以用于開采海上高壓油氣藏，那里太危險，機械鉆無法工作。

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