全球最新能源科技 藏量超过石油

自由财经 2024-12-30 16:21+-

  迎接生成式AI来临的超耗电时代,科技巨擘比尔盖茨只看好2种能源,其一是新一代小型核反应器(SMR),另一项是地热发电。而现今地热能源大致为两类,一为地表热能发电,另一为超热岩(superhot rocks)地热能。

  由于地球的外表冷却、核心却是熔融状态,其温度高达摄氏7000℃。不过,在距离地表约80至100公里的深度处,温度会降至摄氏650℃至1200℃。因此,典型的地热发电是利用地球表面的热能进行发电,但仅限于地球表面附近的高热流区域,是靠近板块边界。

  但超热岩(SHR)地热能是在地壳深度大于5公里、温度高于374℃的岩石。这些超热岩没有水或蒸汽且致密不渗透,但可形成连接裂缝,这些具关键性的裂缝,透过将循环水注入深处的超热岩中,水自然会升温,再以蒸汽形式返回地表。

  专家指出,当蒸气温度升高时,超热岩将在高于400°C的温度下运行,产生的能量估计是传统地热系统的5-10倍,可产出的再生电力,包括无碳电力,清洁氢气和其他高能源强度产品。

  此外,传统的地热系统仅适用在地球表面附近自然有热水的地区,但温度超过375℃的超热岩随处可见,只需具备高技术探钻设备进入地球深处,也不需要地下水源,就可在世界各地探取超热岩能源,提供无碳、再生、基本电力的机会。

  全球陆区热岩资源量 相当于4950万亿吨煤当量

  数据显示,全球迄今所利用的传统地热能源,约距离地表十公里以内,已探勘的地热资源约为12.6×1026J,相当于全球煤的经济可采储量所含热量的7万多倍。而超热岩石资源,约占已探勘后的地热资源约30%,当中距离地球表面约4公里至6公里的超热岩温度约200℃,具有较高的开采利用价值。

  根据欧洲清洁空气工作小组(CATF)一份地热专家报告指出,在美国大陆的地下约3公里至10公里范围内,约2%热能就可提供美国当前电力需求的2000倍,且几乎是取之不尽、用之不竭。

  中国的科技网站指出,全球陆区热岩资源量相当于4950兆吨煤当量,其中距离地球表面约3公里至10公里处的超热岩石,所蕴含能量已相当于全球石油、天然气和煤炭所蕴藏能量的30倍,开采潜力非常巨大。

  CATF指出,仅仅开发世界超热岩石能源的1%,就可产生63太瓦时(TWh;1太瓦时等于10亿度)(约630亿度)的清洁电力,足以满足2021年全球电力需求的近八倍。

  美国1%的超热岩产出的清洁电力 约210亿桶石油

  在上世纪70年代石油危机期间,美国已率先著手研究热岩,之后法国、日本等多个国家也都建设利用热岩发电的试验研究基地。美国在1973年进行了实验开采,随后联合日本、德国进行开采勘测;截止1990年,他们的钻孔深度达到了4.5公里、热岩温度约有330℃,热交换系统深度也达到了3.6公里。

  专家指出,北美拥有丰富的超热岩石资源,几乎任何地方获取超热岩石。CATF与荷兰特温特大学合作建立的模型发现,北美约有13%的陆地面积、超过330万平方公里,在12.5公里以下的深度,可望存在超热岩石能源。

  CATF估计,美国仅1%的超热岩能源潜力就可以产生4.3太瓦时(430亿度)的清洁电力,相当于210亿桶石油,或足以为纽约市电力需求的687倍。以加拿大多伦多市在2021年的用电量为23太瓦时举例,理论上北美的超热岩石的能源容量可满足多伦多约近2700个额外城市的年电力需求。

  至于欧洲,仅1%的超热岩能源约可提供2.1太瓦时的能源容量,或足以满足柏林2022年的电力消耗、即近1400倍。

  至于中国的热岩石能源也是藏量非常丰厚,估计约可用4千年。不过,中国在热岩石能源研究起步较西方国家晚,直到2017年9月才首次在青海共和盆地约3705米深处,钻获了温度高达236℃的超热岩体,2021年6月在河北唐山实现超热岩试验性发电。

全球最新能源科技 藏量超过石油

 超热岩(SHR)地热能是在地壳深度大于5公里、温度高于374℃的岩石。(欧新社)

  美国加码投资6千万美元

  根据CATF初步模型显示,若超热岩能源可以实现大规模开采,所产生的电力成本可能低至每兆瓦时(MWh;指1000瓩)20-35美元,这将使超热岩石能源在全球电力市场上极具竞争力。

  据了解,美国、日本、英国、法国、德国和俄罗斯、中国等国家均进行超热岩石能源研究或开采,但迄今尚未大规模应用,主要是要从地壳深处的岩石中提取热量需克服热降、阻抗和失水等这些不确定性的问题。此外,超热岩石的开采,必须在大量的水力压裂岩石中完成水循环,钻透结晶岩的成本会比钻透沉积地层的成本要高出许多。

  专家指出,过去的几十年里,大多数工程地热系统(EGS) 的研发和部署重点关注低于200°C的资源,目前全球范围内的数十口油井已达到了超热状态,但每口井的发电量还需要显著提高,才能实现经济EGS的目标。

  CATF估计,如果其在包括美国在内的特定地区将超热岩能源完全商业化,将可释放金融和经济潜力。美国能源部在今年2月宣布,将投资6000万美元于再生地热能,包括支持超热岩石能源领域,期望未来全美都可获得地热能,可以全面帮助美国经济发展。