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纳米技术让地热电厂免受地震侵扰

`清洁能源网   2009 年 08 月 03 日 00:00   来源:中国能源报

  

  近日,科学家发明了一种“纳米笼子”。利用这种“纳米笼子”可以极大地提高地热电厂的热量储存效率。这样一来,地热电厂便能利用较浅、温度较低的地热井中的热量发电,从而降低了电厂使用钻地较深、更易在地震中损坏的地热井的危险。

  来自地幔层的能源潜力

  地球的地幔层中蕴藏着丰富的能力,可以说是取之不竭。据美国科学家估计,在美国本土以下的地幔层中所储存的能量可以满足美国至少10%的能源需求。但人们对于地幔层能源利用安全性问题以及对开发成本的关切使地热能发展遇到了不少阻力。如今,美国研究人员向外界宣布了他们开采地热能的计划:他们准备利用纳米技术提高地热电厂的效率,开采温度较低的地热能储备。

  美国总统奥巴马将地热能开采纳入到了美国可再生能源计划发展之中,称其是让美国“戒掉”化石燃料这个坏习惯以及减少温室气体排放的重要力量。七月中旬,美国土地管理局在美国西南部向外界拍卖了将近1000平方公里的公共土地地热开采权。他们希望这一地区到2015年之前能增加111个新的地热电厂。

  传统地热发电厂存在隐患

  截止目前,美国传统的地热电厂仅能满足全国0.5%的能源需求。传统地热电厂的地热能大都来自地表以下数千英里的岩桨,经其加热的温泉水温可高达105至370℃。当来自外地幔的岩浆上升至离地表50公里时,侵入地壳,加热温泉以及岩石。在大部分地热电厂内,当水被从地热井中抽出之后,由于压力较大,会气化成水蒸气,从而推动电厂的发电涡轮机发电。

  不过科学家表示,采用这种方法发电有引发地震的可能,特别是当人类为了获得足够的热能及水蒸气破坏断层周围的热基岩并注入冷水时,这种可能性更大。人们将这种传统摄取地热的方法称为“刺激法”。2006年,瑞士政府曾因该方法引发了该国北部城市巴塞尔的一系列强烈震动而不得不叫停了一个地热电厂。而美国加利福尼亚的一家名为AltaRock Energy的能源公司也因《纽约时报》上一篇对其地热开采安全性质疑的文章而暂时搁置了公司在美国闻名世界的大间歇喷泉地区的工程。

  纳米技术实现低温地热资源利用

  低温温泉不会有传统地热能电厂在利用高温温泉时所遇到的一系列问题,因为首先,低温温泉水温较低,通常低于100℃,而且它离地表更近,离地心更远。其次,由于离地表较近,低温温泉钻井不会破坏地球的断层,而断层是典型的大地震频发的区域。再次,低温温泉不是直接利用热水发电。在利用低温温泉发电厂内,热水与热交换器相连,加热一些特殊的液体,如烷烃(烷烃是甲烷之类的饱和烃)或者全氟化碳。这些液体沸点较低,因此比较容易气化来产生推动涡轮机发电所需的动力。不幸的是,尽管这些气体沸点较低,但同时他们释放的能量也相对水蒸气要少,因此整个过程的效率会更低。因此,美国环境工程师彼特·麦克格雷尔与他的同事正在美国能源部下属的西北太平洋国家实验室寻找解决这一问题的办法。

  8个月之前,他们的团队在做有关碳捕捉与封存的实验时取得了重大发现,让他们十分惊喜。当时,他们正在试验结构类似“笼子”的纳米材料,该材料能捕捉二氧化碳。在进行实验时,科学家同时发现这种材料能将烷烃的储热能力提高20%。

  麦克格雷尔说,这一发现让他们想到了将该材料应用于地热电厂,因为从理论上说,该材料能将低温地热电厂的产电效率提高30%至40%。麦克格雷尔及其同事将该材料命名为“金属有机热载体”。未来3年之类,实验室计划用不同的混合物测试产电的效率。美国能源部为这一计划提供资金。

  外界一致看好 发展仍有阻力

  这一新的发现让许多人倍受鼓舞。位于盐湖城的美国犹他大学能源与地球科学研究所的地热项目负责人彼特·罗斯说:“这是我第一次听说这样的工程,但它听起来让人兴奋,因为它也许会让人类利用低温地热资源成为可能。”

  美国爱荷华大学的化学家雷诺德说,这一工程十分明智,因为工程需要的化合物很容易合成,同时也不会造成环境上的困扰,因此十分具有诱惑力。

  不过实验室的研究人员却对工程的未来十分谨慎。他们表示,工程才刚处于起步阶段,前面还有许多不确定的因素,如是否可以利用传统能源传输线路输送电厂电力,以及低温地热资源附近的公有土地开采等问题。

> 关键词:地热    




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