超临界地热发电：是无限的希望，还是不可能的梦想?

超临界地热发电有望满足人类数百万年的能源需求，但它有多实用呢？美国勒克斯研究（Lux Research）公司的Karthik Subramanian的一项新分析表明，这可能介于不太可能和不可能之间。

乍一看，地热能似乎是一种极好的能源。它很干净，地球上有足够的热量在可预见的未来为人类文明提供动力，你所要做的就是钻到地下开采。

更好的是所谓的超临界地热。传统的地热系统的工作原理是在有火山或温泉的地方钻孔，然后通过将水泵入地下，然后提取蒸汽，或者通过安装热交换器在一个封闭的管道循环中加热水来利用热量。

这是可行的，但是这样的工厂安装起来非常昂贵，而且世界上只有极少数地方可以建造它们。它们的输出也受到限制，因为它们只能达到约200°C（400°F）的温度，这意味着单个发电厂的能量输出为5兆瓦。

实际上，这意味着地热发电只占世界发电量的0.5%，而且每年的增长都不会超过3.5%。

超临界地热将这一概念提升到了一个新的高度，它要么在地表附近2公里（1.2英里）深的地方发现岩浆袋，要么在20公里（12.4英里）深的地方寻找炎热的地球内部。这里的温度和压力是如此之大，以至于水可以被加热到373°C（703°F）以上，压力超过220巴（3190.83磅/平方英寸，217 ATM）。在这种状态下，水是过热的，但不能变成蒸汽。它还能储存4到10倍于普通水或蒸汽的能量。

换句话说，一个超临界地热发电厂的发电量可以达到50兆瓦，3口井的发电量可以达到42口常规地热井的发电量。此外，要找到超临界热，只需找到一个岩浆袋，或者在任何给定的位置挖得足够深。

这听起来很棒，但这是一个重大的工程挑战，将钻井技术和材料推向了极限。钻孔不仅要深得令人难以置信，而且还必须能抵抗压力、气体和腐蚀作用，这些都会迅速摧毁任何传统的钻机。然而，还有一个更大的问题。

为了到达可爱的超临界层或气泡，钻头必须通过所谓的脆性-韧性过渡区（BDTZ）。简单地说，超临界区以上的岩石在受到这种深度的温度和压力的作用时，会发生变化。岩石不再易碎，而是变得柔韧和可塑性强。想象一下，你可以把花岗岩像橡皮泥一样滚成蛇，你就明白了。

而且，BDTZ不是统一的。上面的区域仍然是脆的，底部是塑性的，中心是两者的混合。这意味着要钻透这些东西是很困难的，需要付出很大的努力却收效甚微，而且钻头和其他设备都很难钻透。

根据Karthik Subramanian的说法，要通过BDTZ，需要对钻井区域进行彻底的了解，以找到贯穿整个钻井区域的脆性点 —— 如果存在的话。这也意味着要直接处理从地下喷出的热量和腐蚀性火山气体，其中可能包括硫化氢和二氧化硫。

事实上，这些问题不仅困难，而且以目前的技术可能无法克服，这意味着超临界地热发电的梦想，可能只是一个梦想。

Subramanian说：“超临界地热离商业化还很远，它将取决于钻井方法、数字资源建模和材料开发方面的进步，以获取这些资源用于发电。尽管具有潜力，但由于其固有的技术障碍，超临界地热不太可能在能源转型中发挥突出作用。如果解决了技术障碍，超临界地热只有在较低深度有火山或构造活动的地区才具有经济效益，除非新的深层地热钻探方法能证明这一点。”

深层钻探的问题可能意味着，超临界地热可能仅限于冰岛或环太平洋火山带等火山地区，但通过BDTZ的困难，可能会被麻省理工学院和剑桥大学支持的Quaise初创公司开发的技术所征服。该公司计划使用由“回旋加速器”产生的粒子束，它可以破坏、熔化和蒸发塑性岩石的有害层。

它能做得有多好，只有时间和努力才能证明。

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