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怎样开采超深层地热能，还不引发地动？

揭晓时间：2020-03-14 13:42

　　有研究团队钻了一口约3.2公里深的地热井，同时没有引发大地动。这可谓地球热量能源使用的一个福音。

　　在意大利托斯卡纳区亚平宁山脉青翠的山麓丘陵深处，埋藏着宝藏。在那里，名为Venelle-2的钻塔耸立着，标出了宝藏的位置。该地热井触达地表以下约3.2公里的地方，那里的温度和压力很是高，以至于岩石最先弯曲。那里拥有形成超临界地热流体的条件，这种富含矿物质的水同时具有液体和气体的特征。这并不是真正意义上的黄金，但若是Venelle-2能够钻至超临界流体的储集层，并使用它们让地表上的涡轮发电机旋转起来，那么该类流体会是天下上能量密度最高的可再生能源之一。

　　未解之谜

　　但要做到这一点并非易事。若是有大块岩石滑移，钻入地下深处可能会引发地动。这种危害在Venelle-2进一步放大，由于人类对该地质层知之甚少，介乎于靠近地表的坚硬岩石和地下更柔韧的岩石之间。当钻头穿过这一层钻入下面的超临界流体时，会爆发什么事情，谁也说禁绝。

　　现在，这个谜团仍未解开。由于井底温度过高，钻井装备不堪重负，Venelle-2钻井阻止了。井底的传感器显示，温度已经突破了500摄氏度，压力是地面的300倍。只管云云，Venelle-2照旧创立了有史以来最高的钻孔温度，它证实晰钻探至极端的超临界区域是可行的。上周，揭晓在《地球物理研究杂志》上的一篇论文批注，在不爆发任何重大的地动运动的情形下是可以做到这一点的。

　　论文作者说，他们希望他们的研究能缓解地热钻探引起地动的恐惧。事实，公众通常只有在钻探出了问题时才会听说地热井。可是，日内瓦大学的研究职员、该研究的合著者里尔卡多·米内托（Riccardo Minetto）说道，Venelle-2说明，“也有许多正面的地热井钻探案例”。

　　钻探案例

　　在意大利中部的Larderello-Travale地热田，Venelle-2钻探的井只是众多钻井中的一个。2015年，一个由多家欧洲能源公司和研究机构组成的财团启动了Descramble项目，意在看看能否从地热田提取更多的能源。他们的妄想是钻探至地表下深层的超临界流体储层。若是能从井中提取出高能量密度的液体，这会是Larderello-Travale的又一个历史性突破。

　　Descramble团队并不是第一个追求采掘超临界流体的团队。在美国、日本、意大利和墨西哥举行的实验，都在具备爆发超临界流体条件的地方举行过钻探，那些条件包括温度高于370摄氏度，压力抵达地表压力的220倍。但现实上只有一个项目发明了超临界流体。冰岛政府和一个国家能源公司财团配合睁开冰岛深度钻探项目，2017年项目研究职员报告称，他们在地表以下约4.8公里处发明了超临界流体。三年后，他们仍然在致力于从钻井中获得有用的能源。

　　在冰岛深海钻探项目发明超临界流体之时，Descramble团队最先使用Venelle-2井举行钻探。他们使用强化钻探手艺，来穿透比其他地热井热得多的区域。可是，经由6个月的钻探，他们不得不在离目的深度只有几百英尺的地方停下来。钻孔底部的温度比冰岛井横跨近100摄氏度；温度太高，无法确保一连钻探的清静性。

　　地动危害

　　在整个钻探历程中，一个由欧洲地质学家组成的自力团队，一直在监测一个由超迅速地动检波器组成的网络，那些仪器被安排在Larderello-Travale地热田周围。该团队纪录到了某种地动运动，但那些震惊在该地区属于正常水平。只管云云，米内托照旧提出了忠言。超临界地热井是一项新兴的手艺，他说未来钻探超临界流体的实验“可能会引发更大的地动事务”。

　　只管米内托认可还没有爆发过任何与钻探超临界流体有关的地动，但在已往，地热井曾引起过大地动。2017年11月15日，韩国庆尚北道浦项市北部爆发5.4级地动，事后视察以为浦项地热发电所向地热井注入高压水的作业触发了地动。几年前，瑞士巴塞尔的地动也与地热井有关。一些专家将这些地动事务归罪于断层钻探，这种钻探提高了效率，但也大大增添了触发地动的危害。至于钻探超临界流体是否比钻探古板的地热井有更大的地动危害，米内托说道，“关于超临界流体尚有太多的未知因素，无法给出一个准确的谜底。”

　　纵然没有增添地动的危害，超临界地热井也有其他的误差。超临界流体的储集层似乎少之又少，因此它们不大可能能够让这个天下过渡到地热能。而这些液体自己也会破损衬里和混凝土塞，进而对钻井造成严重破损。热岩能源研究组织主席、地热公司Alta rock Energy团结首创人苏珊·佩蒂(Susan Petty)说，“这些液体具有很强的侵蚀性，会消融岩石中的许多物质，这是你需要应对的。这非�？植�。”

　　增强型地热系统

　　相反，佩蒂主张建设“增强型地热系统”，但不依赖于自然保存的地热流体储层。这种类型的井钻到干燥、高温的岩石深处，并从地表注入水。水被加热到靠近超临界的温度，然后被抽回地面，促使涡轮发电机旋转。这是一项借鉴于石油和自然气行业的手艺，有望让地热能挣脱对自然热水的依赖。若是你钻得足够深，增强型地热系统险些可以在任何地方使用。

　　在全球规模内，寻找和开采深层的热水和蒸汽资源的挑战制约了地热发电的推行。可是，据佩蒂预计，若是地热能源不局限于自然选择的所在，它可为天下上绝大大都人提供一个取之不尽、永不枯竭且无碳的电力泉源。

　　可是，与超临界井一样，增强型地热系统也一直受制于手艺挑战和大地动危害。上述爆发在巴塞尔和韩国的地动都与增强型地热井有关。这是该手艺固有的危害，照旧钻井位置的选择问题，还不得而知。不过，增强型地热的看法生长得很慢。在美国，Alta Rock Energy等公司一直难以为其资源麋集型项目吸引到资金，并且这些项目获得的联邦津贴也无法与风能和太阳能项目相提并论。别的，增强型地热系统作为一种缺乏历史纪录的新手艺，会让投资者遭受更大的危害。

　　俄亥俄州立大学能源可一连性研究实验室的认真人杰弗里·比利克基（Jeffrey Bielicki）指出，“地热在市场推广上遇到了一点问题。只管它有许多益处，但人们提及‘可再生能源’时，通常指的是风能和太阳能。”

　　本月早些时间，美国能源部宣布为其专用的地热试验场投入2500万美元的研究资金。这只是一个最先，地热能源系统距离毗连你周围的电网还长路漫漫。

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怎样开采超深层地热能，还不引发地动？