恒有源科技發(fā)展集團(tuán)（微信號(hào)：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(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)為建筑物無燃燒供熱，大力發(fā)展地能熱冷一體化新興產(chǎn)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(chǔ)量豐富的地?zé)豳Y源。從20世紀(jì)60年代開始，這個(gè)國家對(duì)地?zé)豳Y源的研究與開發(fā)利用走在了世界前列，其“深層鉆探計(jì)劃（IDDP）”已經(jīng)成功鉆探出世界上第一口直接靠巖漿加熱的地?zé)峋?/span>
“靠山吃山，靠水吃水”，是放之四海而皆準(zhǔn)的真理。在能源問題上，冰島這個(gè)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(yuǎn)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(shí)的火山國——冰島。從國名上看，這個(gè)國家應(yīng)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(shù)不清的地?zé)崛?、泥漿泉和蒸汽眼在冷卻熔巖上噴云吐霧。大量已經(jīng)噴發(fā)過的火山口或覆蓋著皚皚積雪，或充盈著藍(lán)綠色的湖水。
為冰島打開的一扇窗
上蒼似乎對(duì)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?zé)帷，F(xiàn)如今，水力與地?zé)釢M足了冰島人85%的電力需求。
冰島的地?zé)衢_發(fā)始于20世紀(jì)60年代末。1969年，冰島歷史上第一座地?zé)犭娬颈燃永蛉R格地?zé)嵴驹诒辈拷ǔ?。雖然在最初這座地?zé)犭娬局挥幸慌_(tái)3兆瓦的發(fā)電機(jī)，但它標(biāo)志著冰島在地?zé)豳Y源開發(fā)領(lǐng)域走出了第一步。經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，現(xiàn)在冰島已擁有5座大型地?zé)犭娬荆畲蟮暮绽岬系責(zé)嶂行恼疚挥诒鶏u的西北角，發(fā)電裝機(jī)容量303兆瓦，熱力產(chǎn)能130兆瓦，是目前世界第二大地?zé)犭娬尽?/span>
目前，冰島一次能源的54%來自地?zé)?，地?zé)釕?yīng)用領(lǐng)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(gè)國家對(duì)地?zé)豳Y源的認(rèn)識(shí)和研究走在世界前列，對(duì)地?zé)豳Y源的開發(fā)利用越來越廣。由地?zé)峁崽娲瓉淼娜加凸?，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(rèn)為，該國有更多的地?zé)豳Y源尚待開發(fā)。據(jù)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(shí)的地?zé)崮堋?/span>
到地球更深處去
世界上不少國家都在探索地?zé)崮茉撮_發(fā)技術(shù)，在歐洲、澳大利亞、美國和日本，最近二三十年地?zé)衢_發(fā)投資在不斷增加。目前采用的地?zé)衢_發(fā)方式，多為鉆一口深入地下數(shù)百米的鉆井，然后將水灌注進(jìn)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?zé)豳Y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(jī)構(gòu)聯(lián)合國內(nèi)三大能源公司，開始實(shí)施“深層鉆探計(jì)劃(IDDP)”，意在探索高效地?zé)衢_發(fā)技術(shù)。
IDDP的第一口實(shí)驗(yàn)性深探鉆井選址在雷克雅內(nèi)斯半島，這里是冰島西南部的一個(gè)火山活動(dòng)活躍地區(qū)。這口井的預(yù)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。可是在尚未達(dá)到預(yù)定深度時(shí)，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(hào)井。克拉夫拉火山是冰島最著名的火山之一，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(zhì)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(chǎn)生地?zé)岬淖罴褩l件。
一號(hào)井的預(yù)期深度為4500米，根據(jù)項(xiàng)目預(yù)測與規(guī)劃，這個(gè)深度可以到達(dá)普通高溫地?zé)釋拥淖钌钐?，那里與溫度達(dá)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(huì)令巖石發(fā)生淬裂，下面的熔巖通過裂隙直接對(duì)灌入的水進(jìn)行加熱，從而產(chǎn)生溫度高達(dá)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(huì)噴出地面，推動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電。同時(shí)，水蒸氣噴出以后在深層形成一個(gè)負(fù)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(gè)循環(huán)系統(tǒng)。
出乎意料的是，IDDP一號(hào)井在鉆到2100米深度時(shí)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(duì)這一意外情況，工程人員利用前期實(shí)驗(yàn)性鉆井取得的經(jīng)驗(yàn)，成功地在井內(nèi)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(hào)井的鉆探深度遠(yuǎn)沒有達(dá)到預(yù)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(dá)330攝氏度的高溫高壓水蒸氣。經(jīng)轉(zhuǎn)化，發(fā)電功率約為20兆瓦。
IDDP一號(hào)井是世界上第一口直接靠巖漿來加熱的地?zé)峋@種深鉆技術(shù)對(duì)地?zé)豳Y源的利用效率比普通地?zé)峒夹g(shù)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(zhǔn)備繼續(xù)鉆探IDDP二號(hào)井和三號(hào)井，并在不斷改進(jìn)相關(guān)的技術(shù)方法和設(shè)備器材，期待在不久的將來能夠?qū)崿F(xiàn)深層鉆探技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用。
意外的饋贈(zèng)
地?zé)豳Y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(lán)礁湖就是其中之一。
1976年，這個(gè)地區(qū)的蘇德那熱力廠開始利用從深達(dá)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(gè)荒蕪的由火山熔巖凝結(jié)成的山谷中。人們本以為這些海水很快便會(huì)從玄武巖層縫隙中滲入到地下，并最終流回到海洋中去。可沒有想到，這些海水與巖層發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，將巖石中的礦物質(zhì)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(zhì)和硅矽沙，以及水中大量生長的嗜熱藍(lán)藻，讓海水呈不透明的乳藍(lán)色。當(dāng)?shù)鼐用裨谒薪萆眢w后欣喜地發(fā)現(xiàn)，多年的關(guān)節(jié)炎和皮膚病都有所改善。于是，這里很快建成了一座獨(dú)具特色的藍(lán)礁湖溫泉浴場和療養(yǎng)院。不久，藍(lán)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(lán)礁湖注入37攝氏度左右的溫?zé)岷Ｋ?，使這個(gè)面積約5000平方米的淺湖湖水每40小時(shí)就可以全部更新一次。一大片望不到邊的乳藍(lán)色水面上，犬牙交錯(cuò)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(xiàn)，形成了夢(mèng)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(mèng)幻般的水面。遠(yuǎn)處一團(tuán)團(tuán)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(píng)論》雜志
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