时代的发展离不开工业,而工业的发展离不开能源,但当前随着环境的污染日益加重、能源的开采日益枯竭、温室效应日益严重,清洁能源的开发和利用必将是未来生产供能的主流。未来世界的格局也会因此而发生改变,未来谁能掌握新能源的开发技术,谁就会引领这个世界。
而太阳能、风能、潮汐能和地热能这四大清洁能源中,发展潜力最大的便是地热能,如果一经全面开发利用,便可以源源不断的为之提供能量,至少未来23亿的能源问题将不再是人类发展前景中的绊脚石。
而这样高效的能源就藏在地下,通过打井便可获取,你没听错就是打井,但当且这口井所需要的2万米深度,人类当前只能触及一半。美国为保持自己的霸主地位,早已经坐不住了,最新的打井技术已经在逐步研发中,该项目一旦成功,美国的地位将不可撼动。
我们如今都能登上36万米高空的月球,而打2万米深度的井,到底有何难处?而获取的地热能到底有何优势?中国现在拥有这种深井技术吗?
地热能就是无限能源吗四大清洁能源中,为何说地热能是最有潜力的,而当前世界各大强国都在致力于开发地热能,它真的是无限的能源吗?
别不信,地热能还真是完全优于风能、太阳能和潮汐能的无限能源,因为在这四种能源都被完全开发的程度下,其他三种新型能源受气候、季节等方面的影响较大,而地热能的利用上,可以完全不受限制,保持最大输出的为人类提供能源。
其实地球的内核中,就像太阳一样有放射性物质不断进行衰变,从而释放了巨大的能量。虽不比太阳,但对于人类来说,只要地球还在,内核所产生的能量便可供人类未来发展提供取之不尽、用之不竭的能量。
根据专家给出的数据,地球内部的热含量大概为1 × 10^31 TJ,什么概念呢?如果按现在全球的能源消耗来算,可以供我们持续使用100亿年之久,而对于我们人类来说,这已经算是无限能源了。
有科学家曾在意大利的拉德瑞罗地热实验站做过一个实验,实验中他们将地下传导出来的热量导入到盛满热水的容器中,而烧开的热水散发的水蒸气,便可以带动涡轮机组转动,基本原理像蒸汽机一样,可它的能源供应却是源源不断的。
而目前的地热能利用程度也可以分为浅层热水型、中层热水型、干热型以及深部超临界型,而想要获得像上文说的那样的无限能源,需要达到20千米的深部超临界型。
可你知道,打一口20千米的深井对于人类当前的技术来说有多难吗?
打一口深井为何比上天还难当前我们对太空探索的脚步越来越密集,并且早在上个世纪60年代,便登上了距离我们36万公里的月球,而打一口2万千米的深井,为何比上天还要难?
说到打井,首先我们要解决以下问题:第一是打井所需要的钻力设备,第二要克服地下多变的岩石条件,第三要解决随着井深而加长设备长度所带来的能量输出问题,第四要解决搭建过程中破碎的岩石的输送处理问题。
这些问题在普通的浅井来说根本不是问题,可随着深度的不断增加,其难度也呈指数增加,我们下面针对这些问题一一来看。
首先,是钻头强度的问题。受地球引力的影响,岩石是向下下沉并积压的,也就是说越往地面深入,那么岩石的密度也就越大,强度也就越高,对于高强度的岩石,即使强度最高的金刚钻头,设备磨损度也会非常大,进而不能持续的进行开挖工作,而在地里作业更换这样的大型设备,又是一件非常困难的事情。
第二,地下的结构较为复杂。我们都知道在进行地面挖掘作业时,需要专业的勘测团队,对作业层进行判断研究,而在2万米的地里,深层勘测团队即使使用最为先进的勘测设备,也很难准确无误的判断施工位置的地质、地层情况。
第三,设备的能量输出问题。随着挖掘深度不断加深,挖掘设备也随之增进,而挖掘设备的能量源大多在陆面,远距离输出时必定带来一定的能量衰减,从而导致钻头功率的大幅度降低。
第四,挖掘过程中的碎石问题。在进行打井下钻作业时,绞碎的岩石需要输送到外部,使井内腾出空间,而目前的深井开发中,仍用运输机的形式运输碎石,可要打万米的深井,碎石运输问题很难解决。
这么多难点,就注定着随着钻井的深入施工,难度也会不断加大,而对钻头的要求也会更高。然而早在上个世纪70年代初,就有国家想要挖穿地面而挖掘了万米深井,而这口深井不在美国,它在哪里呢?
挖掘技术哪家强其实早在上个世纪苏美冷战时期,双方未展开军事竞赛,而开展了多方面大胆性的尝试。随着美国的“阿波罗号”登陆月球,苏联也进行了挖穿地表的实验项目,这就是位于挪威的科拉深井,而深度已经达到了12,262米。
但在当时,这个项目并不简单,在项目进展到7000米左右时,钻头连接杆被底部岩石卡住,而在达到12,000米时钻头突然脱落,而底部的岩石受到挤压作用,又填埋了几千米,新更换的钻头在达到12,262米后,因难继续下钻又一次脱落了,该项目由此停止,而最深钻井的世界纪录也维持了近40年。
而近期,在忙着举办足球世界杯的卡塔尔,其实是一个以石油立足的国家,而他们的石油开采钻井,在2008年便打破了克拉深井的记录,但钻井深度仅仅比克拉深井多出27米。
而俄罗斯想要通过曾经对克拉申请的技术和经验,再一次进行深井开凿的突破,将超深油井打到了12,354米,虽然比卡塔尔多突破了近百米,可距离2万米的目标,却只挪动了一小步,可见想要进行超深井的下钻难度之大。
曾经这三口世界之最的钻井,都是以开采石油为目的的,而美国这次宣称,所研发的技术可以突破2万米,而他们的目的却是为获取清洁且供人类无限使用的地热能,而美国这次研发的深井挖掘技术又新在哪里呢?能否真正实现2万米的深井挖掘呢?
美国的“波钻”技术就在前段时间,《每日邮报》的一篇报道指出,Quaise Energy公司正在开发一种新型微波钻头,该钻头有能力也有信心实现2万米的深井挖掘工作。
根据文章所述,所谓的微波钻头,就是利用钻头上所携带的超声波来震碎深层坚固的岩石,这样就可以更好的解决上文中提到的四个问题。
一方面,超声波所蕴含的能量巨大,确实可以针对性的对较为坚硬的岩石层进行击穿,同时在这个过程中,可以让钻头不与岩石进行直接接触,即可避免钻头的磨损或脱落,又可避免下钻过程中,因岩石层的变化而带来的不确定性。
另一方面,钻头的强度仅可将岩石进行分裂打击,所以被震碎的岩石块儿,相对来说也比较大,清理回收工作较为困难,而超声波可以将岩石由外而内的结构进行全方位打击,从而将岩石击成粉末状。
以此,便可以打破金属钻头的桎梏,实现深井技术的突破性发展。
但目前该项技术并未真正落地,Quaise Energy公司也是靠这份技术研究报告来进行融资,并已成功融得4,000万美元的技术开发资金,项目真正落地时,会碰到哪些实质性问题还尚未可知。
但目前世界最深井能突破不过13,000米,距离想要获取充足地热能的2万米,还需7000多米,而所剩的这7000多米的深度,难度也是呈指数型上升的,目前并没有真实数据可供参考,所以该项技术是否能够真正实现2万米的深井挖掘工作,都是未知数,如今,话说得如此满,也有想要融得研发资金的可能。
对清洁能源的开发和利用是这个时代给我们的新命题,最后不管波钻技术最终能否成功,这都是人类进步过程中的一次伟大探索,地球内部的地热储有丰富的能量资源,如果能被我们所用,必将对人类的发展带来革命性突破。
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