地熱能：一種未被充分利用的可再生能源

地大熱能：太陽(yáng)系中的所有行星，都是由與太陽(yáng)相同的熱等離子體球形成的。太陽(yáng)與行星之間的主要區別在于太陽(yáng)更大，它的引力可以維持核聚變，而較小的行星（例如我們的地球）無(wú)法做到這一點(diǎn)。 不過(guò)，行星冷卻需要很長(cháng)時(shí)間。因此，地球實(shí)際上仍然是一個(gè)由熱等離子體組成的球，只是它現在有一個(gè)已經(jīng)冷卻的地殼。

所以當我們向下挖掘時(shí)，挖得越深，溫度就越高?？茖W(xué)家認為，地核的溫度不僅來(lái)自等離子體的初始熱量，還部分來(lái)自放射性衰變。地球核心的溫度估計有五-七千攝氏度，這與太陽(yáng)表面的溫度差不多。如果我們想利用地熱能，我們不需要數千攝氏度，幾百攝氏度就足以將水煮沸并驅動(dòng)渦輪機，而這樣的溫度可以在地球上大多數地方的幾公里深處找到。

地球科學(xué)家估計地殼上部10公里的總能量?jì)浼s為10^27焦耳。目前，全球每年的總能源消耗約為5×10^20焦耳。這意味著(zhù)如果能源需求保持穩定，地熱能的提供將持續數億年。這聽(tīng)起來(lái)不錯，但實(shí)際上，地熱能目前在地球上的大部分地方的作用都非常小。2020年，全球地熱發(fā)電總容量約為15吉瓦，這大約占全球太陽(yáng)能裝機容量的 1%。

根據IPCC的數據，大多數地熱發(fā)電廠(chǎng)的二氧化碳排放量與太陽(yáng)能相當。但與太陽(yáng)能相比，地熱能一年365天、一天24小時(shí)不間斷供電。地熱能也不貴，地熱發(fā)電廠(chǎng)的平均電力成本目前與太陽(yáng)能和風(fēng)能相當。這可能會(huì )讓您認為地熱能會(huì )蓬勃發(fā)展，但事實(shí)并非如此。

有東西破裂、漏水或地面不符合預期等問(wèn)題。

如何讓人們更好地鉆井呢？通過(guò)教他們物理。2020年，美國得克薩斯州的兩名研究人員為鉆井工人開(kāi)發(fā)了一項培訓計劃，教他們有關(guān)巖石和裂縫等知識。這將鉆井時(shí)間縮短了一半，并顯著(zhù)降低了成本。

地熱鉆井比石油鉆井更具挑戰性是有物理原因的：必須挖得更深，發(fā)電效率才能更高。一個(gè)與地熱發(fā)電廠(chǎng)效率特別相關(guān)的因素是一個(gè)物理量，稱(chēng)為水的比焓。焓測量物質(zhì)可以攜帶多少能量，它是溫度和壓力等環(huán)境條件的函數。大約200倍大氣壓力下的水的焓在 374 攝氏度時(shí)突然增加，這時(shí)的水處于“超臨界”狀態(tài)。超臨界水每單位質(zhì)量可以攜帶多幾倍的能量，并且向電能的轉換變得更加高效。

世界上有超過(guò)25個(gè)地熱井達到了374攝氏度以上的溫度，但到目前為止，沒(méi)有一個(gè)地熱井可以長(cháng)時(shí)間用于能源提取。意大利人在托斯卡納鉆了一個(gè)適合建造超臨界發(fā)電廠(chǎng)的井。但是這些井不僅很熱，巖石之間還含有許多令人不快的化學(xué)物質(zhì)。這使得鉆探的水呈強酸性，從而破壞設備。類(lèi)似的問(wèn)題還有很多。

現在，科學(xué)家正在研究新的技術(shù)，來(lái)幫助更快、更好的鉆井。例如，美國使用一束微波來(lái)鉆小孔、開(kāi)裂巖石，然后用可生物降解的物質(zhì)堵塞裂縫。這樣可以防止水滲入巖石，他們就可以鉆得更深，形成并擴大裂縫網(wǎng)絡(luò )，然后水可以通過(guò)這些裂縫循環(huán)。除此之外，英國研究人員提出了沖擊鉆孔，可以將鉆孔速度提高多達10倍，并將成本降低一半。法國和英國的研究人員正在開(kāi)發(fā)另一種增加高壓水射流的新鉆井技術(shù)，這個(gè)想法是利用水將巖石切割成特定的形狀，這樣它就可以更容易地被流體動(dòng)力沖擊錘打碎。麻省理工學(xué)院的研究人員希望將傳統的旋轉鉆孔與毫米波激光相結合，他們聲稱(chēng)通過(guò)這種方式，能夠在短短 100天內鉆深20公里。