问与答:为什么非常规资源是扩大地热能利用的关键| 地平线杂志


这听起来很简单-在地球上钻一口井,将管道蒸汽或热水带到地表,为发电的涡轮机提供动力,在世界某些地区,这种方式很容易使用。 该资源还打了多个其他框-它是可再生的,它产生的温室气体排放量仅为化石燃料的一小部分,并且与太阳能和风能相比,它不受气候变化的影响。

唯一的问题是–我们并不总是知道在哪里钻探,即使我们找到了正确的位置,利用这种形式的能源所需的条件也不总是最佳的,卑尔根大学的教授Inga Berre说在挪威。 她正在研究数学模型,该模型将帮助科学家超越开发易于获得的地热能,并从所谓的非常规资源中获取能量。

地热能技术的现状如何?

目前,全球产生的总功率中只有很小一部分来自地热资源。 在诸如美国和冰岛的部分地区的火山和/或构造活跃区域中最容易获得这种能量。 目前约有30个国家在使用深层地热能发电。 (总体而言)约有90个国家(浅层或深层)利用地热能直接使用,例如集中供热。

要使用深层地热能,您需要流体-液体或蒸汽形式的水,以从内部传递热量。 最古老的地热“干蒸汽”技术(于1904年在意大利的托斯卡纳首次用于发电机)利用自然蒸汽从地下裂缝中直接驱动涡轮机。 “闪蒸蒸汽”设备将深的高压热水拖入较冷的低压水中,产生的蒸汽用于推动涡轮机。 最后,与其他技术相比,“二元循环”发电厂能够从温度较低的水中发电,因为它们将热量从地热热水转移到沸点低得多的另一种液体中。 热量使第二液体变成蒸汽,从而为涡轮提供动力。

为什么地热能不像其他可再生能源那样受欢迎?

无论您是想产生热量还是发电,都需要知道您所处地区的可行性。在某些位置,地球的地下特征相当好,但对于广大地区而言,却没有那么多。 在钻探之前,真的很难知道可用的地热资源类型。 科学家可以进行地面调查,但要真正知道您需要进行深入研究。

尽管在某些地方,钻井很容易获得热量,但不仅要钻得更深才能获得更高的温度。 我们还想在正确的位置进行钻探,因为我们需要流体和高渗透率的存在-多孔结构和裂缝才能将地热水从储层传输到生产井。

容易获得的地热资源有限。 如果我们真的想利用这一巨大的资源,我们需要深入到更深的地方,获得更高的温度并刺激或改造储层,以使流体更容易流动。 而且,如果要获得更高的温度,我们需要进一步开发钻井技术材料等等,但是我们还需要更好地了解地球地下的过程。

因此,开发地热系统存在很高的前期风险。 您需要先钻一口井,然后才能了解系统的生产率如何,或者根本无法实现生产率,这是很昂贵的。

英加·贝雷(Inga Berre)教授说:“容易获得的地热资源有限。” 她说,要访问此资源,我们需要更深入。 图片来源-Eivind Senneset

常规的和非常规的地热能来源是什么?

常规的热液资源被发现在地下不到2,000米的地方,利用温度超过225摄氏度。 在这样的温度下,您可以利用更多的传统发电厂,但是如果温度较低(低至125摄氏度),您仍然可以使用二元发电厂来发电。 目前,在南美和非洲等地区,利用地热技术有许多尚未开发的潜力。

通常,非常规资源涉及获取更高温度或更深深度的资源,或者涉及无法充分支持流体流动的储层。 为了解决这一局限性,科学家们正在研究旨在改善天然储层的“增强型”地热系统(EGS)技术。 这涉及以高压注入水以刺激先前存在的裂缝网络的打开。 这可以提高生产率,甚至可以经济地在原本不经济的水库中生产电力。

但是储层增产并非没有风险。 刺激破裂岩石的过程会在地球表面引发一系列反应,从而引发地震。 在某些情况下,EGS引发了相对较大的地震,因此,这绝对是需要减轻的风险。

我的ERC(欧洲研究理事会)资助的项目正在寻找方法,通过利用更高的温度来扩大地热资源的利用范围,并探索岩石中渗透性不足以进行流体提取的区域。 后者的一种方法是在高压下注入流体,这会在岩石中形成裂缝和褶皱。 但是,这可能会触发岩层内的一系列事件,并且由于我们对地下的访问非常有限,因此只能间接监视正在发生的事情。 我们正在开发方程式和仿真技术来预测这些动力学,因此这些数学模型可以为地下创造一个窗口。

“开发地热系统存在很高的前期风险。”

挪威卑尔根大学Inga Berre教授

地热能的未来会是什么样?

此资源具有较高的前期(财务)风险,因此重要的一点是,我们必须更好地了解如何在不同的地质环境中使用此能量。 我认为我们需要更多的示范项目来测试新技术和收集数据-我们确实还需要基础科学。

尽管其他可再生能源(如太阳能和风能)很受欢迎,但它们的资源却在波动。 需要诸如地热能之类的资源,因为它不依赖于天气条件,因此可以提供基本负荷功率。 我认为采用的波动性较大的可再生资源一般而言,地热能将越重要。 我认为它在能源生态系统中发挥着重要作用,但绝对不是解决我们自身能源挑战的方法。

增强的地热系统可以帮助我们获取更多的地热资源,但这一过程可能引发地震-必须减轻这种风险。 图像源-Horizo​​n

贝雷教授的专案, MaPSI,就是10,000由欧盟的欧洲研究理事会授予的补助金。 如果您喜欢这篇文章,请考虑在社交媒体上分享。



This article – “问与答:为什么非常规资源是扩大地热能利用的关键| 地平线杂志
” – was originally published in Horizon, the EU Research & Innovation magazine

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