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能源規(guī)劃

地?zé)崮苋绾胃淖兠绹哪茉唇Y(jié)構(gòu)

  假設(shè)我們能夠把埋藏在美國地下3000多米深的地?zé)豳Y源充分利用起來，依照現(xiàn)今的使用數(shù)據(jù)來看，足夠滿足美國未來30000年的能源需求。但是，把能源完全利用起來的可能性幾乎為零，這既是一個技術(shù)問題，也是一個經(jīng)濟問題。然而僅僅從這部分能量中拿出5%，也足以制造出供應(yīng)全美2. 6億人口的用電需求量。對于這個5%的目標(biāo)，美國國家能源部可再生能源實驗室宣布到2050年就可以實現(xiàn)，屆時，通過地?zé)豳Y源能發(fā)電2600億瓦，對煤炭資源的依賴會減少1/30開發(fā)地?zé)豳Y源要面對嚴峻的地?zé)?/a>學(xué)問題。一般來說，地?zé)岚l(fā)電是將地下的熱水或熱氣用管道輸送到地表，然后利用其驅(qū)動渦輪機來帶動發(fā)電機產(chǎn)生電能。地下熱水的溫度決定了渦輪機的工作效率:水溫越高，工作效率越高;同時，地?zé)崴?/a>最低溫度也需要達到93. 3 ℃。然而，地下只有有限的熱點有水存在并且能加以利用。
 
  美國的一個最好的例子是吉賽斯熱點。它位于圣弗朗西斯科以北72英里處的峽谷中，熱氣不斷地從地下翻滾到地表，排列整齊的金屬管將熱氣運送上來驅(qū)動渦輪機，其發(fā)電量可達8. 5億瓦。
 
  蓋依塞斯高溫地?zé)?/a>田是世界最大的地?zé)岚l(fā)電廠所在。在14200英畝地?zé)?/a>區(qū)內(nèi)鉆了38朋良地?zé)峋?/a>，現(xiàn)有260眼生產(chǎn)井，共20個發(fā)電廠，裝機總?cè)萘?000兆瓦，生產(chǎn)電力3. 56億度。
 
  黃石國家公園是世界上第一個國家公園自然保護區(qū)，也是世界上最大的水熱對流系統(tǒng)的地表顯示區(qū)，有10000多處獨立的間歇噴泉、熱泉、噴汽孔、泥火山、沸泥池等景觀。美國法律規(guī)定其只作為自然景觀發(fā)展旅游而不得作為地?zé)豳Y源開發(fā)利用，近30年來，這里每年接待游客均在200萬人上下。
 
  美國的中低溫地?zé)豳Y源相對于上述高溫地?zé)?/a>田的世界知名度來說，過去鮮為人知，在美國的地?zé)衢_發(fā)史上也未予足夠重視，但近些年來從充分利用能源的角度考慮，均有一定的發(fā)展。
 
  如博依西市和圣貝納迪諾市地?zé)?/a>供熱系統(tǒng)都是1983年才開始建設(shè)的，雖然規(guī)模還不大，但因地?zé)峁┡?/a>的成本不足原汽油鍋爐供暖成本的一半，其新的供暖工程均在發(fā)展之中。
 
  克拉瑪斯福爾斯市有500多眼地?zé)峋?/a>，熱儲為第四系玄武巖，裂隙強滲透性受盆地邊緣北西向斷裂帶控制。
 
  熱水井深40 ^- 600米，熱水溫度49 }-1100C，單井出水量每小時可達164立方米，主要用于家庭、樓房、教堂、學(xué)校等地?zé)峁┡?/a>，地方法律規(guī)定利用地?zé)?/a>必須回灌。俄勒岡理工學(xué)院有3眼生產(chǎn)井，2眼回灌井，利用89℃地?zé)崴?/a>，供校園11棟樓供暖，也可用于制冷。醫(yī)院的供熱和制冷系統(tǒng)己有一眼生產(chǎn)井，正擬自建回灌井，其余大部分是居民樓分散的井下熱交換器地?zé)峁┡?/a>，有的也包括制冷，均不直接抽取地?zé)崃黧w。
 
  博依西市低溫地?zé)崽?/a>位于市東北近郊山前，熱儲是第四系玄武巖裂隙高滲透性含水層，埋藏百余米至千余米深，受東北一西南向斷裂帶控制，地?zé)崴疁囟?/a>770C，單井出水量每小時191立方米左右，雖然美國最早的地?zé)峒夹g(shù)發(fā)展國家。
 
  供暖始于本市(1894年)，但發(fā)展不快。博依西市現(xiàn)建有市政、州議會、聯(lián)邦和溫泉村4個區(qū)域供暖系統(tǒng)，但使用溫泉村地?zé)峁┡?/a>的住戶不足1%，其余3個系統(tǒng)均為辦公樓供暖，地?zé)峄厮糠?a href="http://kaichele.cn/t/回灌.html" >回灌地下。
 
  圣貝納迪諾低溫地?zé)崽?/a>位于市中心，熱儲層是夾在粘土層間的第四系沖積砂層，估計厚400米左右，己鉆10眼井，大部分是勘探井，僅2眼生產(chǎn)井，井深均300米，水溫在井底71℃，在井口600C，單井自流量每小時273立方米。為適應(yīng)擴大地?zé)?a href="http://kaichele.cn/t/供暖系統(tǒng).html" >供暖系統(tǒng)，現(xiàn)第二生產(chǎn)井正改建，擬安裝抽量每小時1091立方米的大泵，現(xiàn)地?zé)峁芫W(wǎng)展布于3平方英里的地域內(nèi)，為市政廳、政府機關(guān)、血庫和旅館等供暖，供暖成本是原燃油鍋爐的一半。開采地?zé)?/a>近10年來，圣貝納迪諾夏季枯水期水位降至6米，但冬季豐水期水位仍能自流，水質(zhì)滿足飲用水標(biāo)準(zhǔn)。
 
  加里佛尼亞、內(nèi)華達、愛達荷、俄勒岡等州也有高溫熱點，其潛在的發(fā)電量可達用電需求量的很大的比例(如內(nèi)華達的地?zé)岚l(fā)電可滿足60%的用電量)，但是這些州的地?zé)釡囟?/a>很少能達到吉賽斯的熱度(可達204℃或更熱)。同時，大部分時間開發(fā)者要在地下10千米處才能探尋到流動的熱流體，因此找到合適的鉆探場所也是一個很大的難題。美國愛達荷州地?zé)峁驹谠撝菽喜康貐^(qū)剛剛建成了一個1300萬瓦的地?zé)?a href="http://kaichele.cn/t/發(fā)電廠.html" >發(fā)電廠，公司總經(jīng)理道·格拉斯比說他希望具有X射線透視能力，“這樣，我就能發(fā)現(xiàn)地?zé)醿?/a>的位置。這個工作最大的風(fēng)險就是尋找儲層。打一眼井花費200 }- 300萬美元。如果打的是一眼廢井，你將一無所有?！贝送猓绻隽艘粋€好的熱點，公司就要建一個發(fā)電廠或加熱系統(tǒng)，這將需要很大的先期投入以及多眼鉆井。格拉斯比估計建立一個地?zé)岚l(fā)電站，“每兆瓦電要花費350 ^-400萬美元?！?/div>
 
  地?zé)岚l(fā)電廠目前只有8%-V 15%的能效，還不到煤發(fā)電廠的一半。較高的先期投入加上較低的能效使得地?zé)岚l(fā)電的成本大約兩倍于煤發(fā)電的成本(煤電的銷售價格約為每千瓦時5美分)。然而，美國國家能源部可再生能源實驗室地?zé)峒夹g(shù)經(jīng)理吉拉德.尼克斯卻認為勘探和鉆探技術(shù)的改進能夠使地?zé)岚l(fā)電比煤發(fā)電便宜。當(dāng)前，工程地?zé)狍w系(EGS)負責(zé)提高和改進這些技術(shù)，該體系能夠從滲透性差、不利于水體循環(huán)或開始時沒有充足水量的巖石熱點中將熱量擠壓出來。根據(jù)2006年題為“地?zé)崮?/a>量的未來”的國家報告，截止到2050年，工程地?zé)狍w系向美國地?zé)岚l(fā)電量預(yù)案要貢獻至少1000億瓦的電量，可占美國總電力的10%0地?zé)崮?/a>量并不僅僅局限于用來發(fā)電:如果地?zé)?a href="http://kaichele.cn/t/資源.html" >資源的溫度沒有高到有效發(fā)電的程度可以通過管內(nèi)的水體循環(huán)為樓房供暖。美國有許多這種較低溫度的熱點。從北達科他州劃一條線到得克薩斯，該線以西的各州幾乎都有溫度至少達到93. 3℃的地熱源。
 
  即使沒有隨處可見的熱點，也可在地表鉆洞取熱以減輕對化石燃料的需求，美國所有的土地都適合進行地?zé)釤岜?/a>技術(shù)的研究，即冬季將熱能從地下輸送進家中制暖，而夏季進行反方向的制冷操作。熱泵技術(shù)有能力為幾乎所有的美國家庭提供熱能和熱水。事實上，從地下獲得的用于制熱的熱能能量(超過10000億瓦)超過了用于發(fā)電的數(shù)量。然而，根據(jù)美國國家能源部可再生能源實驗室的數(shù)據(jù)，目前使用的地?zé)崮?/a>量還不足可用數(shù)量的1%，其原因是缺乏研究投入。
 
  加利福尼亞州是美國最早開發(fā)地?zé)崮?/a>的州之一。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，西部的一些州也在積極開發(fā)地?zé)豳Y源，如內(nèi)華達州、猶他州、愛德華州和俄勒岡州等。內(nèi)華達州更是被稱為“地?zé)岬纳程匕⒗薄?/div>
 
  據(jù)馬薩諸塞州技術(shù)研究院最近的研究發(fā)現(xiàn)，從深層鉆探可望回收的地熱能幾乎是美國目前消費能量的近3000倍。
 
  美國能源部也對地?zé)豳Y源的巨大潛力做出肯定。目前，俄勒岡州的一家公司正在計劃開發(fā)100兆瓦地?zé)岚l(fā)電裝置，可為10萬人提供足夠的電力。
 
  從華盛頓州的圣海倫山和亞當(dāng)山到俄勒岡州波特蘭東部的胡德山，地?zé)釢摿ψ銐?a href="http://kaichele.cn/t/開發(fā).html" >開發(fā)1000兆瓦的電力，相當(dāng)于3}-4座燃氣電站或一座大型核電站的產(chǎn)電量。
 
  從事可再生能源開發(fā)的尤爾干電力公司于2008年2月中旬制定出G3電力計劃，計劃將利用位于內(nèi)華達州西北部的天然蒸汽在加利福尼亞州的洛杉磯和拉斯維加斯建設(shè)1000兆瓦的清潔地?zé)犭娬?/a>。
 
  尤爾干電力公司認為，如果通過新的2077J綠色電網(wǎng)改造將使內(nèi)華達州的蒸汽產(chǎn)量提高很多。
 
  多年來，美國的地?zé)崮芰垦芯恳恢碧幱谫Y金匾乏的狀態(tài)。大部分地?zé)衢_發(fā)技術(shù)始于上世紀(jì)70年代的石油危機。美國地質(zhì)調(diào)查局當(dāng)時投入了大量的研究來確定地?zé)豳Y源的范圍，一些大的石油和電力公司投資興建地?zé)岚l(fā)電廠(例如吉賽斯發(fā)電廠)。20世紀(jì)90年代石油價格下降時，人們對各種再生能源的研究降溫，美國能源部對地?zé)峥蒲械馁Y金投入從上個世紀(jì)80年代的1億美元銳減到最近幾年的稍微超過2000萬美元。美國地?zé)犴椖?/a>與石油、天然氣勘探項目相比很少得到政府的財政支持，因而其地?zé)岚l(fā)展相對比較緩慢。
 
  世界上的其他國家，富有進取心的公共政策使得地?zé)衢_發(fā)大獲成功。
 
  例如，冰島是利用地?zé)岚l(fā)電較早的國家之一。自20世紀(jì)70年代以來，冰島的能源政策就一直強調(diào)地?zé)崂?/a>。近年來，由于高耗能產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，對電的需求不斷增加，促使其地?zé)岚l(fā)電有了很大進展。2005年冰島地?zé)岚l(fā)電總量占國家電網(wǎng)的19. 1%，加上水力發(fā)電，冰島可再生能源發(fā)電占總發(fā)電量的71%，居世界第一。如今，85%的冰島房舍用地?zé)崛∨?/a>，5個地?zé)岚l(fā)電廠提供該國1/4的用電量，全國每年可因此節(jié)約燃料開支上億美元。
 
  歐洲聯(lián)合“地中海氣候”地源熱泵供暖和制冷項目，也將在地中海沿岸國家和羅馬尼亞設(shè)立8個示范點，開展地源熱泵技術(shù)更深入的研究。
 
  日本的地?zé)?a href="http://kaichele.cn/t/資源.html" >資源儲量位列世界第三，相當(dāng)于15- 20個大型核電站的發(fā)電量。在能源緊缺和環(huán)境保護的雙重壓力下，日本經(jīng)產(chǎn)省開始審視地?zé)徇@一寶貴資源，。日本政府制定了發(fā)展可再生能源的新目標(biāo)，同時出臺新的相關(guān)補貼措施。新目標(biāo)規(guī)定，到2020年，全國發(fā)電能力要提高1倍，在新增加的發(fā)電量中，大部分將來自生物質(zhì)發(fā)電、小水電和地?zé)岚l(fā)電。其中，太陽能發(fā)電量達到2005年的20倍。到2030年，全國發(fā)電能力將提高至少3倍，而地?zé)岚l(fā)電量屆時要增加3倍。2010年初，日本政府公布了“新能源利用特別措施法(RPS)”，并敦促各電力公司購買“地?zé)岚l(fā)電”的電量，使之義務(wù)化、商業(yè)化。日前，日本政府為加快地?zé)岚l(fā)電站建設(shè)的速度。將新建地?zé)岚l(fā)電站的政府財政補貼率由20%提高到30%。
 
  印尼地處環(huán)太平洋地?zé)?地震、火山)帶，是世界上地?zé)豳Y源最豐富的國家，擁有世界40%的地?zé)豳Y源。目前，印尼地?zé)岚l(fā)電裝機容量雖然己達1197兆瓦，但只利用了其資源的4. 2%。近5年來，印尼新增地?zé)岚l(fā)電裝機容量400兆瓦，年增長率在5%左右。
 
  據(jù)估計，至2025年，印尼將新建2885兆瓦裝機容量，使總裝機容量達到4000兆瓦，超過目前裝機容量3093兆瓦的美國。印尼首都雅加達以南古諾沙拉克地?zé)崽?/a>的地?zé)犭姀S，其100平方公里的工作區(qū)位于海拔1000^-1500米的森林山區(qū)。該地?zé)崽?/a>由總部在美國加州的雪佛龍公司開發(fā)，分供氣廠和發(fā)電廠兩部分，現(xiàn)有地?zé)峋?/a>82眼，其中生產(chǎn)井51眼，熱水回灌井13眼，冷凝水回灌井2眼，監(jiān)測井2眼。該廠是印尼最大的一座地?zé)犭姀S，全廠6套機組的總裝機容量為37兆瓦，自動化控制程度非常高，只需幾名操作人員，生產(chǎn)的電力被源源不斷地輸送給爪哇一巴厘電網(wǎng)。印尼巴厘島的巴度谷地?zé)崽锛恒@3眼地?zé)峥碧?/a>井，井深2400米，最高溫度3250C，投資方準(zhǔn)備依此建設(shè)一座裝機容量為175兆瓦的地?zé)犭姀S。由此可見，印尼的地?zé)衢_發(fā)和利用正在迅猛發(fā)展。
 
  目前，每個人的心目中都對氣候因素、油價及能源安全充滿了憂慮。
 
  現(xiàn)在美國的私人企業(yè)也開始致力于地?zé)崮芰康拈_發(fā)。去年美國西北部的再生能源開發(fā)商花費數(shù)百萬美元租地用于地?zé)衢_發(fā)。美國巨大的未開發(fā)地?zé)?/a>潛在資源也引起了國際的廣泛關(guān)注。 2007年9月北歐財團格里特爾聲稱計劃在未來5年對美國地?zé)?a href="http://kaichele.cn/t/市場.html" >市場投資10億美元，就連大的石油公司也開始對美國地?zé)豳Y源虎視耽耽。據(jù)說?？松梨?、殼牌、雪佛龍等石油公司的代表出席了最近的工程地?zé)狍w系工作會議。
 
  此外，建筑公司注意到熱泵技術(shù)使他們有錢可賺。雖然安裝一個熱泵的啟動資金比安裝一個天然氣爐要高，但是熱泵在10年內(nèi)就會收回成本。加里佛尼亞能源委員會估計一個平均規(guī)模的家庭所需熱泵的成本約為7500美元。目前美國已安裝了約100萬個熱泵，并還在以每年5萬一6萬的數(shù)量遞加。