恒有源科技發(fā)展集團（微信號：HYYESSTD）專注于淺層地能作為建筑物供熱的替代能源的科研、開發(fā)和推廣。致力于原創(chuàng)技術的產業(yè)化發(fā)展，實現為建筑物無燃燒供熱，大力發(fā)展地能熱冷一體化新興產業(yè)。
坐落在北極圈上的火山之國冰島，化石能源十分匱乏，卻擁有儲量豐富的地熱資源。從20世紀60年代開始，這個國家對地熱資源的研究與開發(fā)利用走在了世界前列，其“深層鉆探計劃（IDDP）”已經成功鉆探出世界上第一口直接靠巖漿加熱的地熱井。
“靠山吃山，靠水吃水”，是放之四海而皆準的真理。在能源問題上，冰島這個國家“靠火山吃火山”就是這條真理的最好寫照。
說到火山之國，人們最先想到的常常是印度尼西亞、日本或者非洲之角，倒忽略了在遙遠的北極圈邊上，孤零零地被大西洋和北冰洋的海水包圍住的名副其實的火山國——冰島。從國名上看，這個國家應該是一片冰封的大地，然而，在這片寒冷的冰天雪地之下，熾熱的巖漿在洶涌翻滾。從空中俯瞰，冰島就是一座從海水里升出來的大火山錐，在10萬平方公里的國土上遍布著活火山，數不清的地熱泉、泥漿泉和蒸汽眼在冷卻熔巖上噴云吐霧。大量已經噴發(fā)過的火山口或覆蓋著皚皚積雪，或充盈著藍綠色的湖水。
為冰島打開的一扇窗
上蒼似乎對冰島十分吝嗇，它沒有給這片土地留下肥沃的土壤和茂密的森林，也沒有留下什么煤炭和石油等天然資源。不過，冰島人最終還是找到了屬于自己的能源形式——水力發(fā)電與地熱。現如今，水力與地熱滿足了冰島人85%的電力需求。
冰島的地熱開發(fā)始于20世紀60年代末。1969年，冰島歷史上第一座地熱電站比加拉夫萊格地熱站在北部建成。雖然在最初這座地熱電站只有一臺3兆瓦的發(fā)電機，但它標志著冰島在地熱資源開發(fā)領域走出了第一步。經過半個世紀的發(fā)展，現在冰島已擁有5座大型地熱電站，最大的赫利舍迪地熱中心站位于冰島的西北角，發(fā)電裝機容量303兆瓦，熱力產能130兆瓦，是目前世界第二大地熱電站。
目前，冰島一次能源的54%來自地熱，地熱應用領域廣泛，其中57.4%用于空間加熱，可為全國87%的建筑供暖并提供熱水；另外還有15.9%用于發(fā)電。在政府的大力支持下，這個國家對地熱資源的認識和研究走在世界前列，對地熱資源的開發(fā)利用越來越廣。由地熱供熱替代原來的燃油供熱，使冰島1970～2000年間共節(jié)省了約82億美元，每年節(jié)省燃油約70萬噸，減少了37%的二氧化碳排放。
冰島政府認為，該國有更多的地熱資源尚待開發(fā)。據估測，若獲得充分開發(fā)，冰島地下的巖漿每年還可提供超過200億千瓦時的地熱能。
到地球更深處去
世界上不少國家都在探索地熱能源開發(fā)技術，在歐洲、澳大利亞、美國和日本，最近二三十年地熱開發(fā)投資在不斷增加。目前采用的地熱開發(fā)方式，多為鉆一口深入地下數百米的鉆井，然后將水灌注進去，利用地下巖石的熱量把水加熱，以獲得熱水或蒸汽。但是通過這種方式獲得的地熱資源不穩(wěn)定，且開發(fā)效益低下。
為此，在2005年，冰島國家能源機構聯合國內三大能源公司，開始實施“深層鉆探計劃(IDDP)”，意在探索高效地熱開發(fā)技術。
IDDP的第一口實驗性深探鉆井選址在雷克雅內斯半島，這里是冰島西南部的一個火山活動活躍地區(qū)。這口井的預期鉆探深度為5000米，鉆頭要穿透地下的拉班玄武巖層、海洋沉積層、粗花崗巖層和輝綠巖層等不同巖層?？墒窃谏形催_到預定深度時，鉆井發(fā)生了意外堵塞，只好被迫放棄。
這次失敗并沒有讓人氣餒。不久，IDDP工程移址到位于冰島北部的克拉夫拉火山地區(qū)正式開探一號井?？死蚶鹕绞潜鶏u最著名的火山之一，高818米，火山口直徑約10千米，在1975～1984年的活躍期曾連續(xù)噴發(fā)了９次。2006年的一次地質勘察表明，在克拉夫拉火山區(qū)地下深3000～5000米的地方存在著產生地熱的最佳條件。
一號井的預期深度為4500米，根據項目預測與規(guī)劃，這個深度可以到達普通高溫地熱層的最深處，那里與溫度達上千度的熔巖層僅僅相隔著一層不厚的巖層。在這種情況下，灌注的冷水會令巖石發(fā)生淬裂，下面的熔巖通過裂隙直接對灌入的水進行加熱，從而產生溫度高達400～600攝氏度的超熱水蒸氣。這些水蒸氣在地下高壓作用下會噴出地面，推動發(fā)電機組發(fā)電。同時，水蒸氣噴出以后在深層形成一個負壓空間，使上層溫度較低的水灌入到深層，被繼續(xù)加熱，從而形成一個循環(huán)系統。
出乎意料的是，IDDP一號井在鉆到2100米深度時就遭遇了熔巖層，被冷水淬火后的巖漿形成了玻璃樣的黑曜石栓塞了鉆頭。面對這一意外情況，工程人員利用前期實驗性鉆井取得的經驗，成功地在井內深1958～2008米的地方置放了抗高溫金屬鑄件管，這一深度幾乎就在熔巖層的上方。
雖然一號井的鉆探深度遠沒有達到預期，但成功封井以后，開發(fā)公司依然可以從這口井獲得每秒30公斤、溫度達330攝氏度的高溫高壓水蒸氣。經轉化，發(fā)電功率約為20兆瓦。
IDDP一號井是世界上第一口直接靠巖漿來加熱的地熱井，這種深鉆技術對地熱資源的利用效率比普通地熱技術高出五到十倍。因此，它的成功取熱具有里程碑式的意義。目前開發(fā)公司正在籌集資金，準備繼續(xù)鉆探IDDP二號井和三號井，并在不斷改進相關的技術方法和設備器材，期待在不久的將來能夠實現深層鉆探技術的商業(yè)化應用。
意外的饋贈
地熱資源不僅是冰島重要的能量來源，在開發(fā)過程中也給冰島帶來了意外的驚喜，位于克夫拉維克附近大名鼎鼎的藍礁湖就是其中之一。
1976年，這個地區(qū)的蘇德那熱力廠開始利用從深達2000米的海底抽取上來高溫海水加熱城市的供熱水源。這些80攝氏度的海水在被使用過后，被傾瀉到附近一個荒蕪的由火山熔巖凝結成的山谷中。人們本以為這些海水很快便會從玄武巖層縫隙中滲入到地下，并最終流回到海洋中去?？蓻]有想到，這些海水與巖層發(fā)生了化學反應，將巖石中的礦物質溶解了出來，剩余的沉積物堵塞了巖石縫隙，阻止了海水向下滲入。
久而久之，這片坑坑洼洼的黑色火山熔巖區(qū)被逐漸灌滿了熱海水。海水里溶解的大量礦物質和硅矽沙，以及水中大量生長的嗜熱藍藻，讓海水呈不透明的乳藍色。當地居民在水中浸泡身體后欣喜地發(fā)現，多年的關節(jié)炎和皮膚病都有所改善。于是，這里很快建成了一座獨具特色的藍礁湖溫泉浴場和療養(yǎng)院。不久，藍礁湖成為了冰島男女老少最喜愛的休閑場所，也逐漸成了冰島旅游的國際知名品牌。
蘇德那熱電廠一年四季不間斷地向藍礁湖注入37攝氏度左右的溫熱海水，使這個面積約5000平方米的淺湖湖水每40小時就可以全部更新一次。一大片望不到邊的乳藍色水面上，犬牙交錯地突起著黝黑的火山熔巖。在裊裊的蒸汽中一座座礁巖若隱若現，形成了夢幻般美麗的湖島。坐在溫水里，背后是黑黝黝帶有幾分神秘的火山熔巖，眼前是霧淖淖夢幻般的水面。遠處一團團白色的蒸汽騰空而起，如同一座新的火山即將爆發(fā)。（作者：秦昭）
文章來源_《能源評論》雜志
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