炽热之岛:冰岛的可再生地热能源

冰岛通过利用地球的力量实现绿色发展

冰岛雷克雅未克——斯诺里·斯图鲁松是这里地热开发的先驱。据中世纪冰岛萨迦记载,这位最初的冰岛人利用地球的热量在他家的后院建造了一个水池。这个最近修复的水池仍然坐落在雷克霍特镇的一座草坡上。它大约15英尺(4.5米)宽,呈完美的圆形,铺着灰色和棕色的玄武岩瓷砖,触摸起来和斯诺里近一千年前建造时一样温暖。

斯图鲁松的现代后裔正在努力效仿他的榜样,尤其是总统奥拉维尔·格里姆松,他周游世界,赞美地热能源的美德。从为这个首都城市供暖的温水到“蓝湖”,冰岛各地都在努力利用其崎岖不平、通常是荒凉的表面之下的火山力量。

幻灯片:查看冰岛雄伟的地热景观


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视频:冰岛地热能源

这个岛屿本身基本上是多孔玄武岩的一个水泡,位于地球地壳的裂缝处,北美板块和欧亚板块正在这里分离。根据电力公司雷克雅未克能源公司的说法,它拥有地质学家在寻找可开发的地热能源时最珍视的两个特征:巨大的地下水库,这些水库不断地被冰岛冰川上方高达177英寸(450厘米)的年降水量所补充,以及浅层的岩浆柱,它们将这些水库的最深处加热到超过750华氏度(400摄氏度)的温度。

此外,夏威夷大学的理查德·海伊说,除了非洲大裂谷之外,在陆地上可以看到海底扩张的地方不多。这种不断产生的新地壳使这个国家成为地球上地质活动最活跃的国家之一。而这正是冰岛人试图利用的活动。

家庭供暖
历史上,冰岛人直接利用地球的热量来洗涤和烘烤被称为hverabrauth的“温泉面包”。1930年,从雷克雅未克首都以东的劳加达鲁尔地热温泉钻孔中抽取的水被输送到大约两英里(三公里)外的奥斯特拜尔小学。

根据雷克雅未克能源公司(包括冰岛首都的区域电力机构)的说法,冰岛的区域供热很简单——含有温度低于300华氏度(150摄氏度)的可饮用水的自然加压的“低温”地热田在全国各地都很常见——直到20世纪70年代初第一次石油危机爆发,冰岛人才开始认真开发其本土能源资源。盖西尔绿色能源公司的首席执行官阿斯盖尔·马尔盖尔松表示,当时冰岛的家庭几乎完全依赖石油供暖。

据格里特尼尔银行可持续能源、全球研究和传播主管亚历山大·里希特说,通过为全国各地的热电厂以及将热水输送到家庭所需的基础设施提供资金,冰岛政府不仅消除了该国对化石燃料供暖和发电的依赖,还启动了一个完整的产业。

根据冰岛贸易委员会的数据,冰岛现在是向世界其他地区输出地热专业知识的领先者。该国的工程师、地质学家和金融家在任何有激励措施的地方(如德国,其地热上网电价为每千瓦时20美分)或易于开采的地下热源(如菲律宾)开展项目。冰岛第三大银行格里特尼尔帮助资助了中国咸阳市世界上最大的地热区域供热项目,并保留了一批地质学家来评估早期钻探项目的潜力,例如其在内华达州资助的一个项目,里希特说。

今天,雷克雅未克是世界上最大的区域供热系统的所在地,据马尔盖尔松估计,如果冰岛人仍然依赖石油,他们的供暖成本将高出五倍。在整个冰岛,90%的家庭都连接到区域供热系统,只有少数偏远家庭的供暖来自丙烷等化石燃料。

清洁能源繁荣
今天,根据冰岛国家能源局的数据,冰岛 99% 的电力来自可再生能源,其中 30% 来自地热(其余来自水坝——而且有很多水坝)。如果将运输、供暖和发电作为一个整体考虑,地热提供了冰岛使用的一半主要能源。(尽管目前正在努力通过转换为氢燃料来利用该岛的可再生能源为渔船和汽车提供动力,但这些努力仍处于发展的最早阶段。)

例如,著名的“蓝湖”水疗中心的客人不禁注意到远处内斯亚维利尔地热发电厂,其蒸汽羽流高耸在碧绿的户外游泳池之上,蓝湖由此得名。事实上,如果没有该发电厂,该泻湖就不会存在,该发电厂的废弃地下水流逐渐堵塞了它流入的多孔岩石,形成了现在冰岛主要的旅游景点之一的热水浴池。

然而,冰岛的地热容量只有一小部分被开发。“据估计,通过传统的地热利用,冰岛的可用电力可能在每年20至30太瓦时左右,”ÍSOR(冰岛地质调查局,一家政府机构,雇用大约100名地质学家对地热资源进行研究)的总干事奥拉维尔·弗洛韦斯说。“目前我们每年的产量可能只有4太瓦时。”(1太瓦等于1万亿瓦。)

工业界已经在推动进一步开发冰岛剩余的地热资源。仅铝冶炼一项目前就比冰岛所有其他活动消耗的电力加起来还要多,到 2015 年,计划增加 400 兆瓦(百万瓦)的地热电力上线,专门服务于该国北部巴基的一个新的铝冶炼厂,据总部位于美国的铝业巨头美铝公司称,该公司正在对该工厂进行大量投资。其他行业也希望利用这一资源。

里希特说:“微软和谷歌都考察过冰岛,这已经不是什么秘密了。”运行万维网所使用的大型计算机集群(称为数据中心)的巨大电力需求,促使公司在世界任何地方寻找廉价能源和足够连接全球网络的场所。

未来就在眼前
一个名为冰岛深层钻探项目 (IDDP) 的财团,包括冰岛政府、美国国家科学基金会、欧盟和美铝公司,不满足于使用现有技术最大限度地发挥该国的地热潜力,他们联合起来开发一种奇异且难以利用的地热能形式:超临界蒸汽。

当蒸汽超过一定的温度和压力(超过 750 华氏度(400 摄氏度)且比正常大气压高 250 倍)时,蒸汽的密度变得与液态水的密度相同。ÍSOR 工程部门负责人斯维里尔·索哈尔松说,这种蒸汽“每单位从地球提取的体积将产生 5 到 10 倍的能量”。

超临界蒸汽已在燃煤和核电站中使用。它产生更高效率的机制很复杂,但最终归结为这一点:蒸汽轮机需要非常热的蒸汽才能发电,而超临界蒸汽比较冷的蒸汽更接近这个温度,阿肖克·马尔霍特拉说,他实际上写了关于这个主题的书(《超临界蒸汽的热力学特性》)。因此,在将从地面出来的蒸汽的热量传递到将旋转涡轮机的蒸汽的过程中,几乎不会浪费能量。此外,可以假设在发电周期的早期阶段,蒸汽和水不必分离来构建整个系统——因为在这些温度和压力下,这些通常不同的水相实际上是相同的。

利用超临界蒸汽将需要比以往任何地热项目更深地钻探;深入到地表以下三英里(五公里)处。根据ÍSOR的首席项目经理贝内迪克特·斯泰因格里姆松的说法,没有人确切知道那个深度的水会是什么样子。

“我们已经在仅 2.2 公里 [1.4 英里] 的深度达到了 360 摄氏度 [680 华氏度] 或更高的温度,”斯泰因格里姆松说。“所以我们已经非常接近超临界点了。热量是确定的——有多少液体,其化学性质是什么,以及其气体含量是未知的。”

溶解的固体、有毒金属和腐蚀性气体只是 IDDP 在未来 10 年内必须克服的一些障碍——超临界流体的压力也是一个问题,它比现有仪器和发电厂设计处理的压力大 10 倍。

“每个人都知道它不会很快打开灯泡,”索哈尔松说。但可以肯定的是,斯图鲁松(他的后代至今仍生活在冰岛)会感到自豪的。

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