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冰岛向岩浆要热能

   2015-08-03 地源热泵网4540
核心提示:坐落在北极圈上的火山之国冰岛,化石能源十分匮乏,却拥有储量丰富的地热资源。从20世纪60年代开始,这个国家对地热资源的研究与

   
      坐落在北极圈上的火山之国冰岛,化石能源十分匮乏,却拥有储量丰富的地热资源。从20世纪60年代开始,这个国家对地热资源的研究与开发利用走在了世界前列,其“深层钻探计划(IDDP)”已经成功钻探出世界上第一口直接靠岩浆加热的地热井。

      冰岛的地热开发始于20世纪60年代末。1969年,冰岛历史上第一座地热电站比加拉夫莱格地热站在北部建成。虽然在最初这座地热电站只有一台3兆瓦的发电机,但它标志着冰岛在地热资源开发领域走出了第一步。经过半个世纪的发展,现在冰岛已拥有5座大型地热电站,最大的赫利舍迪地热中心站位于冰岛的西北角,发电装机容量303兆瓦,热力产能130兆瓦,是目前世界第二大地热电站。

      目前,冰岛一次能源的54%来自地热,地热应用领域广泛,其中57.4%用于空间加热,可为全国87%的建筑供暖并提供热水;另外还有15.9%用于发电。在政府的大力支持下,这个国家对地热资源的认识和研究走在世界前列,对地热资源的开发利用越来越广。由地热供热替代原来的燃油供热,使冰岛1970~2000年间共节省了约82亿美元,每年节省燃油约70万吨,减少了37%的二氧化碳排放。

      冰岛政府认为,该国有更多的地热资源尚待开发。据估测,若获得充分开发,冰岛地下的岩浆每年还可提供超过200亿千瓦时的地热能。

      世界上不少国家都在探索地热能源开发技术,在欧洲、澳大利亚、美国和日本,最近二三十年地热开发投资在不断增加。目前采用的地热开发方式,多为钻一口深入地下数百米的钻井,然后将水灌注进去,利用地下岩石的热量把水加热,以获得热水或蒸汽。但是通过这种方式获得的地热资源不稳定,且开发效益低下。

      为此,在2005年,冰岛国家能源机构联合国内三大能源公司,开始实施“深层钻探计划(IDDP)”,意在探索高效地热开发技术。

      IDDP的第一口实验性深探钻井选址在雷克雅内斯半岛,这里是冰岛西南部的一个火山活动活跃地区。这口井的预期钻探深度为5000米,钻头要穿透地下的拉班玄武岩层、海洋沉积层、粗花岗岩层和辉绿岩层等不同岩层。可是在尚未达到预定深度时,钻井发生了意外堵塞,只好被迫放弃。

      这次失败并没有让人气馁。不久,IDDP工程移址到位于冰岛北部的克拉夫拉火山地区正式开探一号井。克拉夫拉火山是冰岛最著名的火山之一,高818米,火山口直径约10千米,在1975~1984年的活跃期曾连续喷发了9次。2006年的一次地质勘察表明,在克拉夫拉火山区地下深3000~5000米的地方存在着产生地热的最佳条件。

      一号井的预期深度为4500米,根据项目预测与规划,这个深度可以到达普通高温地热层的最深处,那里与温度达上千度的熔岩层仅仅相隔着一层不厚的岩层。在这种情况下,灌注的冷水会令岩石发生淬裂,下面的熔岩通过裂隙直接对灌入的水进行加热,从而产生温度高达400~600摄氏度的超热水蒸气。这些水蒸气在地下高压作用下会喷出地面,推动发电机组发电。同时,水蒸气喷出以后在深层形成一个负压空间,使上层温度较低的水灌入到深层,被继续加热,从而形成一个循环系统。

      出乎意料的是,IDDP一号井在钻到2100米深度时就遭遇了熔岩层,被冷水淬火后的岩浆形成了玻璃样的黑曜石栓塞了钻头。面对这一意外情况,工程人员利用前期实验性钻井取得的经验,成功地在井内深1958~2008米的地方置放了抗高温金属铸件管,这一深度几乎就在熔岩层的上方。

      虽然一号井的钻探深度远没有达到预期,但成功封井以后,开发公司依然可以从这口井获得每秒30公斤、温度达330摄氏度的高温高压水蒸气。经转化,发电功率约为20兆瓦。
IDDP一号井是世界上第一口直接靠岩浆来加热的地热井,这种深钻技术对地热资源的利用效率比普通地热技术高出五到十倍。因此,它的成功取热具有里程碑式的意义。目前开发公司正在筹集资金,准备继续钻探IDDP二号井和三号井,并在不断改进相关的技术方法和设备器材,期待在不久的将来能够实现深层钻探技术的商业化应用。



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标签: 冰岛的 地热
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