2021-10-28

科学好故事|来自地下的巨大热量:数百万年都不会耗尽的清洁能源|地球|肯尼亚|地热



  来源:BBC

  撰文:Jacob Kushner

  翻译:任天

据运营奥尔卡里亚地热项目的肯尼亚电力公司称,该项目的发电量大约占肯尼亚全部能源的27%据运营奥尔卡里亚地热项目的肯尼亚电力公司称,该项目的发电量大约占肯尼亚全部能源的27%

  在非洲大陆东部,有一条纵贯南北的大峡谷,这是两个板块之间的分界线,被称为东非大裂谷。在东非大裂谷的火山地带,地壳运动不断撕裂着这片大陆,同时释放出令人难以置信的大量清洁能源。

  沿着尘土飞扬的土路行驶,蜿蜒穿行于肯尼亚的"地狱之门"国家公园(Hell's Gate National park),路旁便是斑马、瞪羚和长颈鹿。你会看到远处有一股蒸汽直冲云霄。在布满蒸汽喷发口的巨大山谷里开车时需要十分小心,有时还要急转弯以避开冲过来的疣猪。

  蒸汽轰鸣着,释放出来自地球深处的巨大热量;但还有一些我们看不到,能量却更加巨大的蒸汽,蜿蜒穿过数公里长的管道,推动着涡轮发电机,为人类提供一种数百万年都不会耗尽的清洁能源。

  在这些地下迷宫般的管道之上,便是肯尼亚的奥尔卡里亚地热项目(Olkaria Geothermal Project)。在那里,一个新的发电站即将上线。在扩建之后,奥尔卡里亚6号发电站(Olkaria VI)的装机容量达到86兆瓦,推动该项目的总装机容量增至791.5兆瓦,这大约占肯尼亚全部能源的27%。目前,肯尼亚已经有38%的电力来自地热,这一比例比其他任何国家都要高。

  奥尔卡里亚6号发电站建成后,将成为世界上最大的单一地热发电站。在全球范围内,地热能是一个价值46亿美元的庞大产业,在东南亚、北美、欧洲和其他地区有500多家发电站,为数以百万计的家庭提供电能。毕竟,地热是世界上仅次于太阳能的第二丰富的能源。

  然而,就目前人类对太阳能的开发程度而言,地热能的开发还远远落后。尽管具有一些重要的优势,但到2016年时,全球从地热中获得的能源还仅为太阳能的4%。对比其他可再生能源,风力涡轮机在平静无风的日子里是没有用的,而太阳能电池板在太阳被云层覆盖的时候,或者到了晚上,都无法工作;对于地热能,无论一天中的什么时候,无论天气如何,我们脚下的地球都在稳定地释放大量的热量。

  要了解这种热量的潜在价值,最好的办法就是前往距离肯尼亚首都内罗毕西北约90公里的"地狱之门",从蒸汽喷发口中感受来自地球深处的能量。

在东非大裂谷,大陆构造板块正在缓慢地分离在东非大裂谷,大陆构造板块正在缓慢地分离

  来自地球深处的热量

  在多云的日子里,你很难分辨在"地狱之门"上空飘浮的云是来自天空还是地面。2月的一个早晨,为肯尼亚电力公司等公司工作的地球物理学家安娜·姆旺吉开始了一天的工作——探索新的地热钻探地点。她指着岩石山坡上一个小洞中升起的微弱蒸汽,笑着说道:"你可以用它煮鸡蛋。"

  奥尔卡里亚周围地区有许多这样的天然地热喷口,有些温度很高,不小心就会烫到手。蒸汽是地狱之门国家公园名字的来源,因为这里的景观看起来就像正在沸腾的地狱。

  在某种程度上确实如此。地核位于地表以下约3000公里处,其温度甚至比太阳表面还高。地核的热量通过厚厚的地幔向上传播,到达地球的最外层——地壳。在构造板块——由地壳和上地幔组成——被挤压在一起或被撕裂的地方,这些热量就会上升到离地表更近的地方。东非大裂谷就是这样一个地方,它横贯非洲大陆的东部,长度达7000公里。

  "这是大陆分裂的地方,"姆旺吉指着岩石山脊之间的深峡谷说道。这是两个巨大的构造板块正缓慢分开的明显标志。"这是一个活跃的过程,将持续几百万年,"她说,"几百万年后,如果你来到这里,会发现这里变成了海洋。"

  在大陆撕裂的同时,人们也可以利用这种构造运动所释放的能量。随着构造板块的移动,地壳会出现裂缝,使过热的岩石与地下水相互作用,并将其转化为蒸汽。这些裂缝成为热量通往地表的通道,形成了温泉、间歇泉或热气腾腾的地热喷口。在东非大裂谷,大部分热量都被困在地表以下。

  这种能量来自地球,而且基本上是无限的,肯尼亚拥有非常好的资源,那就是东非大裂谷。在如此接近地表的地方就有着令人难以置信的热量。在世界的其他地方,人们必须钻探数千米甚至更深才能找到相同温度的地热能。

  卡利用这种能量发电非常简单,把水从蒸汽中分离出来,将这些蒸汽引导到涡轮上,使涡轮旋转发电。

  奥尔卡里亚5号发电站的涡轮机转速为每分钟3000转,快得肉眼无法追踪。在一间小控制室里,两名工程师12小时轮班工作,盯着十几台显示发电站数据的监视器。姆旺吉问:"今天的发电量是多少?"。一位工程师看了看电脑屏幕说:"158兆瓦。"这大约是肯尼亚电力容量的5%。

  总体上,奥尔卡里亚地热项目提供了肯尼亚四分之一的电力,部分电力向东南方向输送到500公里外的港口城市蒙巴萨,向西输送到几百公里外的乌干达边境。肯尼亚是世界上第八大地热能生产国,仅次于美国、菲律宾、印度尼西亚、土耳其和新西兰等国,其地热发电量已经超过冰岛和日本;一旦奥尔卡里亚6号发电站投入使用,就将超过墨西哥和意大利。

  这些地热能是大自然赋予肯尼亚的宝贵遗产,其开发也经过了一段很长的时间。"肯尼亚很早就开始了,"姆旺吉说,"我们从20世纪50年代就开始探索,所以已经有了几十年的研究、开发和成功经验。"

  当然也有失败。"我们的第一批井很糟糕,"姆旺吉说。那是在1956年,当时的技术还不够发达,无法利用这些蒸汽。

  最早的奥尔卡里亚发电站在25年后的1981年建成,这是肯尼亚第一座,也是非洲第一座地热发电站。自20世纪50年代以来,经营奥尔卡里亚发电站的肯尼亚电力公司已经在"地狱之门"钻探了310口井,其中125口至今仍在冒着蒸汽。2014年和2015年,两座新的大型发电站上线,大幅提高了发电量。

  但他们的工作远未结束。肯尼亚四分之一的人口仍然缺乏电力供应。停电现象在这个国家很常见,严重阻碍了制造业的发展,也使需要在晚上学习的学生或家长很难给手机充电。"我们需要增加更多的电力,这样我们的国家才能像世界其他地方一样灯火通明,"姆旺吉说道。

与其他形式的能源相比,地热能开发所需的土地更少,但在肯尼亚的地狱之门地区,当地居民仍需要重新安置  与其他形式的能源相比,地热能开发所需的土地更少,但在肯尼亚的地狱之门地区,当地居民仍需要重新安置

  向地下深处钻探

  为了寻找下一个蒸汽来源,姆旺吉每天要跋涉50公里,目标是所谓的"地热草",一种又高又细的植物,具有绿色和黄色的细丝,暗示地热和湿气可能就埋藏在地下,收集岩石样品,检测水质,并测量地面温度,所有这些都能为计算提供依据,以最终决定是否应该在某个特定地点钻一口新井。

  一旦确定较为理想的地点,就需要让投资者不要胆怯,钻井的成本约为600万美元。如果失手,这些钱就都打水漂了,这正是地热能开发的主要缺点,资本投资非常高,这让很多人望而却步。

  对于许多地热工程师来说,最激动人心的时刻是钻一口新井并发现蒸汽的时候。当一口井钻好之后,他们打开阀门,将流体排放到大气中,此时的轰鸣和震动是不可思议的,绝对令人震撼,来自那口井里的能量——会持续20年——太令人兴奋了!

  在奥尔卡里亚,地热井都会进行大约两个月的测试,以确定其流量。然后,井里的蒸汽被引入当地.............

原文转载:http://tech.shaoqun.com/a/643879.html

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