星期四, 2 1 月, 2025
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全球最新能源科技 超熱岩藏量超過石油

迎接生成式AI來臨的超耗電時代,科技巨擘比爾蓋茲只看好2種能源,其一是新一代小型核反應器(SMR),另一項是地熱發電。而現今地熱能源大致為兩類,一為地表熱能發電,另一為超熱岩(superhot rocks)地熱能。

由於地球的外表冷卻、核心卻是熔融狀態,其溫度高達攝氏7000℃。不過,在距離地表約80至100公里的深度處,溫度會降至攝氏650℃至1200℃。因此,典型的地熱發電是利用地球表面的熱能進行發電,但僅限於地球表面附近的高熱流區域,是靠近板塊邊界。

但超熱岩(SHR)地熱能是在地殼深度大於5公里、溫度高於374℃的岩石。這些超熱岩沒有水或蒸汽且緻密不滲透,但可形成連接裂縫,這些具關鍵性的裂縫,透過將循環水注入深處的超熱岩中,水自然會升溫,再以蒸汽形式返回地表。

專家指出,當蒸氣溫度升高時,超熱岩將在高於400°C的溫度下運行,產生的能量估計是傳統地熱系統的5-10倍,可產出的再生電力,包括無碳電力,清潔氫氣和其他高能源強度產品。

此外,傳統的地熱系統僅適用在地球表面附近自然有熱水的地區,但溫度超過375℃的超熱岩隨處可見,只需具備高技術探鑽設備進入地球深處,也不需要地下水源,就可在世界各地探取超熱岩能源,提供無碳、再生、基本電力的機會。

全球陸區熱岩資源量 相當於4950兆噸煤當量

數據顯示,全球迄今所利用的傳統地熱能源,約距離地表十公里以內,已探勘的地熱資源約為12.6×1026J,相當於全球煤的經濟可採儲量所含熱量的7萬多倍。而超熱岩石資源,約佔已探勘後的地熱資源約30%,當中距離地球表面約4公里至6公里的超熱岩溫度約200℃,具有較高的開採利用價值。

根據歐洲清潔空氣工作小組(CATF)一份地熱專家報告指出,在美國大陸的地下約3公里至10公里範圍內,約2%熱能就可提供美國當前電力需求的2000倍,且幾乎是取之不盡、用之不竭。

中國的科技網站指出,全球陸區熱岩資源量相當於4950兆噸煤當量,其中距離地球表面約3公里至10公里處的超熱岩石,所蘊含能量已相當於全球石油、天然氣和煤炭所蘊藏能量的30倍,開採潛力非常巨大。

CATF指出,僅僅開發世界超熱岩石能源的1%,就可產生63太瓦時(TWh;1太瓦時等於10億度)(約630億度)的清潔電力,足以滿足2021年全球電力需求的近八倍。

美國1%的超熱岩產出的清潔電力 約210億桶石油 

在上世紀70年代石油危機期間,美國已率先著手研究熱岩,之後法國、日本等多個國家也都建設利用熱岩發電的試驗研究基地。美國在1973年進行了實驗開採,隨後聯合日本、德國進行開採勘測;截止1990年,他們的鑽孔深度達到了4.5公里、熱岩溫度約有330℃,熱交換系統深度也達到了3.6公里。

專家指出,北美擁有豐富的超熱岩石資源,幾乎任何地方獲取超熱岩石。CATF與荷蘭特溫特大學合作建立的模型發現,北美約有13%的陸地面積、超過330萬平方公里,在12.5公里以下的深度,可望存在超熱岩石能源。

CATF估計,美國僅1%的超熱岩能源潛力就可以產生4.3太瓦時(430億度)的清潔電力,相當於210億桶石油,或足以為紐約市電力需求的687倍。以加拿大多倫多市在2021年的用電量為23太瓦時舉例,理論上北美的超熱岩石的能源容量可滿足多倫多約近2700個額外城市的年電力需求。

至於歐洲,僅1%的超熱岩能源約可提供2.1太瓦時的能源容量,或足以滿足柏林2022年的電力消耗、即近1400倍。

至於中國的熱岩石能源也是藏量非常豐厚,估計約可用4千年。不過,中國在熱岩石能源研究起步較西方國家晚,直到2017年9月才首次在青海共和盆地約3705公尺深處,鑽獲了溫度高達236℃的超熱岩體,2021年6月在河北唐山實現超熱岩試驗性發電。

美國加碼投資6千萬美元 

根據CATF初步模型顯示,若超熱岩能源可以實現大規模開採,所產生的電力成本可能低至每兆瓦時(MWh;指1000瓩)20-35美元,這將使超熱岩石能源在全球電力市場上極具競爭力。

據了解,美國、日本、英國、法國、德國和俄羅斯、中國等國家均進行超熱岩石能源研究或開採,但迄今尚未大規模應用,主要是要從地殼深處的岩石中提取熱量需克服熱降、阻抗和失水等這些不確定性的問題。此外,超熱岩石的開採,必須在大量的水力壓裂岩石中完成水循環,鑽透結晶岩的成本會比鑽透沉積地層的成本要高出許多。

專家指出,過去的幾十年裡,大多數工程地熱系統(EGS) 的研發和部署重點關注低於200°C的資源,目前全球範圍內的數十口油井已達到了超熱狀態,但每口井的發電量還需要顯著提高,才能實現經濟EGS的目標。

CATF估計,如果其在包括美國在內的特定地區將超熱岩能源完全商業化,將可釋放金融和經濟潛力。美國能源部在今年2月宣布,將投資6000萬美元於再生地熱能,包括支持超熱岩石能源領域,期望未來全美都可獲得地熱能,可以全面幫助美國經濟發展。自由時報1230

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