
地热能是广泛分布于地球内部的一种清洁能源。对于地热研究者来说,面临的最大困难并不是如何找到它,而是如何把它开采出来。地热能既不是物质,也没有显著的运动,它是地下物质的热的存在状态。我们无法像开采煤炭、石油、天然气那样直接去开采它,而不得不借助工程的、技术的间接手段来获取它所蕴藏的能量。为此,工程师们克服了重重困难,想出了种种办法,但万变不离其宗,都离不开一个核心技术——钻井。钻井是一种利用机械设备或人工手段,从地面向地下将地层钻成孔洞的工作方法。钻出来的井孔有大有小、能深能浅,要根据地热田的类型因地制宜、对“型”下钻。
蒸汽型:化汽为能
地热能赋存于地下天然介质中,比如水、岩浆或者其他岩层。当地热温度非常高时,会像锅炉一样将流经其附近的地下水烧开,地下水就变成了水蒸汽,再从地表冒出来,这就是蒸汽型地热。如美国的盖瑟尔斯、意大利的拉德瑞罗和我国西藏的羊八井等地的地热田就是蒸汽型地热田。
蒸汽是推动汽轮机转动的第一动力源,正好可以用来发电。要开采这类地热,就需要用到蒸汽井——它的口径要大一些,这样才能尽可能多地收集地热蒸汽。从钻井中引出蒸汽送入汽轮机,推动叶轮和转子,将机械能转化为电能,从而完成发电过程。在火力发电厂,需要通过燃烧煤炭或天然气将液态的水转化成气态的水蒸汽,而此类地热田冒出来的就是蒸汽,相当于“跳”过了这一步,直接进入发电步骤,从而大大节约了时间和经济成本。不过,天然的未必是完美的。由于地下蒸汽的来源比较复杂,常含有二氧化碳、硫化氢等气体,容易腐蚀设备,所以需要做一定的净化处理。我国最大的地热电站——羊八井地热电站,现装机容量1.3万千瓦,自1975年始建至今,为我国的能源事业做出了重要贡献。近年来,受结垢、腐蚀等问题困扰,羊八井地热电站出现了一定程度的降效减产,这成为亟待解决的技术难题。

热水型:点水成汽
地热能赋存在液态水中,其赋存区就被称作“热水型地热田”,冰岛的雷可雅未克、墨西哥的赛罗普列托、法国的莫伦和匈牙利盆地,以及我国大部分的地热田都属于这一类。热水型地热田可以进一步按照温度划分,即高温型(大于150℃)、中温型(90~150℃)和低温型(小于90℃)地热田。
相比蒸汽型地热,对热水型地热的开发和利用稍微麻烦些,尤其是低于100℃的地热水。这是因为热水型地热田无法直接变成蒸汽。随着地热水上升,它会与上部温度较低的地层发生热交换,从而损失热量。当水抽采到达地表时,原本就不太热的水也变成温水了。那么,如何应对呢?目前有两种方法:方法一是减压扩容法,将地热水抽采到扩容器中,利用真空机将扩容器抽成真空,热水的沸点降低,瞬间汽化,然后将蒸汽送入汽轮机。这种方法的优点是简单、安全,但容易结垢,单机容量也只有300千瓦左右。方法二是中间工质法。“中间工质”就是沸点比较低的物质,如氯乙烷、正丁烷、异丁烷和氟利昂等。

