自打人类开始利用化石能源,围绕这些能源的争端就从未消停过,因为大家都清楚,这是个不可持续的买卖,只会越用越少。
化石燃料是远古植物存的太阳能,我们现在用的就是这些燃料,虽然它们的存储效率低、周期长,但随着开采技术的发展,这些仅有的化石燃料也能满足人类很长时间的能源需求。
实际上,我们现在用的大部分能,都来自太阳能,也就是得看老天的脸色。
风能,其实就是地球大气层接收太阳能不均匀,受热不同导致空气膨胀形成的风。
水电就是把水的势能转化为电能,而这势能最初也是太阳能赋予的,水吸收太阳能变成水蒸气,再被运到高处。
当然,核能和地热能两种能源技术不受太阳限制。
我们现在的核能技术是裂变,它通过把铀这类高质量原子分裂成小原子,释放出一部分能量。
你要是好奇这些重核的能量是咋来的,那我告诉你,这还得是恒星,尤其是超新星爆发时产生的超强能量,让较小的元素融合成了较重的元素。
但关键不在这里,而是我们得像开采化石能源那样,去挖掘铀这类高质量原子的矿石,这其实也不是很可持续。
那可就只剩下地热能了,这绝对是地球的「宝藏」!它深埋在地底,能量多得简直可以说是取之不竭。
但是你看,很少有人去挖这块大蛋糕,这是为啥呢?
地热能从哪来的啊?
地球内部非常热,这从常见的火山就能看出来。根据现有的采矿和钻探经验,每深入地表 32 米,温度就会升高 1℃。
科学家现在普遍认为,要是能到达地球核心,那儿的温度会在 5000℃到 7000℃之间,这可比太阳表面(6000℃左右)的温度高多了。
引力与行星形成有关,早期太阳系物质互相吸引,逐渐聚成大星球。
物质沉入地球核心,动能摩擦生热,让早期地球热得完全可以融为一体。
数千万年过去了,地表的温度逐渐降低。但是,从现在的地温梯度可以看出,地球的热量仍在不断散失。
地球都形成 46 亿年了,可为啥地球内部还这么热呢?
很明显,引力最初制造的热量不够。
在地球还是熔融状态时,重元素下沉,轻元素上浮,所以地球内核有很多放射性元素,它们持续衰变,给地球内部加热。
而且,地球很大,物体越大,其保存热量的能力其实越好,因为它的表面积相比体积更小。
那现在火星、月球这些体积小的星球内部热量可少了,地球倒是还充满活力呢。
地热能能用多久呢?
要是地核的热量主要来自放射性元素,那地热能就是可再生的,至少在 50 亿年之后太阳变成红巨星把地球毁掉之前,地球内部不会凉下来。
就算地球内核的温度不靠放射性元素持续加热,那把 7000℃的铁和岩石(地核的主要成分)降到 100℃,所释放的能量,就算只有 10%被人类利用,也够人类用 170 亿年了(这是一个网站上极客估算出来的数字),比太阳系存在的时间还长。
其实,地热能的储量很难估摸,但有些团队给出了地球表面的热流平均约为 82 兆瓦/平方米,这就相当于总功率约为 4200 万兆瓦。
截至 2020 年底,中国电力总装机功率为 22 亿千瓦,这意味着地球热量流失功率是中国发电功率的 19 倍还要多。
如果在全世界范围内看,可能仅是地球热量自然流失的部分就够全人类使用了,当然,全球的发电功率也许没有中国的 19 倍那么多。
此外,我还在一个地热能网站上看到,仅地核现有的热量,其 0.1%就可以满足人类 200 万年的总能源需求。
总的来说,如果人类能利用地热能,就不会再为能源担忧,也不会因为能源而发生冲突。
可是,这么好的能源,为啥到现在都没多少人去开发呢?
开发地热能会带来什么影响呢?
地热能的利用古来有之,原始社会就已经开始了,最典型的例子就是温泉,自古以来人们就爱在温泉里泡澡、做饭。
现在,地热能的利用主要体现在供暖和发电两个方面,供暖的国家大约有 70 多个,发电的国家只有 26 个。
当然,中国也是其中之一,只不过我们国家在地热能利用方面还比较滞后,所以大家对此可能不太了解。
实际上,除了菲律宾、冰岛和萨尔瓦多,其他国家利用地热能的比例都非常低,就算是地热能开发总量占全球 29%的美国,其地热能发电的装机功率也仅相当于其国家总装机功率的 0.3%而已。
为什么很少有国家愿意开发这个能源呢?因为它没有想象中那么容易。
要是我们去挖煤,挖到 55 到 90 米深就开采得挺好了;要是挖石油,挖到 900 米左右就有不错的收获了,就算更深的油田,把油挤出来就行。
但地热能不一样,对大多数地方而言,2000 米的深度可能还远远不够,还得在地层深处制造裂缝。
如果想利用地热能,那在技术上跟利用其他大部分能源差不多,说白了就是「烧开水」。
正如我们之前所说,每挖 32 米,地球的温度大约升高 1℃。如果要达到 100℃的高温,那至少得挖 3200 米深。
事实上,要把水烧开并送到地面,100℃的温度远远不够,可能得挖到 200℃才行。
虽然几千上万米相对于地球半径来说是小意思,但人类现在的技术,要挖这么深真的很不容易,成本也会很高。
不过好消息是,有些地方不用挖很深就能获得较好的温度,比如火山口附近——很多地热能发电站都建在离火山口不远的地方,这就是为啥菲律宾、冰岛等地热能占比那么高。
除了成本高,地热能开采还很危险,容易引发地震。因为开发地热能至少要挖两口井,一口进水,一口出水,还要用水力压裂法打通两口井,这个过程及之后注水都容易引发地震。
此外,地热能开发虽说就像烧开水那么简单,但其实也没那么干净,因为开采钻井也可能造成地球内部的碳泄漏到大气中。
总的来说,地热能开发技术要求高、成本高,还容易引发自然灾害,并且也不是完全清洁的。
那现在能轻松获得的能源还挺多的,地热能对大家的吸引力肯定不大呀。
这是个不错的「未来能源」,或许能给我们留条后路。