來自地下的巨大熱量：數百萬年都不會耗盡的清潔能源

在非洲大陸東部，有一條縱貫南北的大峽谷，這是兩個板塊之間的分界線，被稱為東非大裂谷。在東非大裂谷的火山地帶，地殼運動不斷撕裂着這片大陸，同時釋放出令人難以置信的大量清潔能源。

黃石公園被稱為地球上獨一無二的神奇樂園，蘊含豐富的地熱資源

來源：BBC

撰文：Jacob Kushner

翻譯：任天

據運營奧爾卡里亞地熱項目的肯尼亞電力公司稱，該項目的發電量大約佔肯尼亞全部能源的27%

沿着塵土飛揚的土路行駛，蜿蜒穿行於肯尼亞的“地獄之門”國家公園（Hell‘s Gate National park），路旁便是斑馬、瞪羚和長頸鹿。你會看到遠處有一股蒸汽直衝雲霄。在布滿蒸汽噴發口的巨大山谷里開車時需要十分小心，有時還要急轉彎以避開衝過來的疣豬。

蒸汽轟鳴着，釋放出來自地球深處的巨大熱量；但還有一些我們看不到，能量卻更加巨大的蒸汽，蜿蜒穿過數公里長的管道，推動着渦輪發電機，為人類提供一種數百萬年都不會耗盡的清潔能源。

在這些地下迷宮般的管道之上，便是肯尼亞的奧爾卡里亞地熱項目（Olkaria Geothermal Project）。在那裡，一個新的發電站即將上線。在擴建之後，奧爾卡里亞6號發電站（Olkaria VI）的裝機容量達到86兆瓦，推動該項目的總裝機容量增至791.5兆瓦，這大約佔肯尼亞全部能源的27%。目前，肯尼亞已經有38%的電力來自地熱，這一比例比其他任何國家都要高。

奧爾卡里亞6號發電站建成后，將成為世界上最大的單一地熱發電站。在全球範圍內，地熱能是一個價值46億美元的龐大產業，在東南亞、北美、歐洲和其他地區有500多家發電站，為數以百萬計的家庭提供電能。畢竟，地熱是世界上僅次於太陽能的第二豐富的能源。

然而，就目前人類對太陽能的開發程度而言，地熱能的開發還遠遠落後。儘管具有一些重要的優勢，但到2016年時，全球從地熱中獲得的能源還僅為太陽能的4%。對比其他可再生能源，風力渦輪機在平靜無風的日子裡是沒有用的，而太陽能電池板在太陽被雲層覆蓋的時候，或者到了晚上，都無法工作；對於地熱能，無論一天中的什麼時候，無論天氣如何，我們腳下的地球都在穩定地釋放大量的熱量。

要了解這種熱量的潛在價值，最好的辦法就是前往距離肯尼亞首都內羅畢西北約90公里的“地獄之門”，從蒸汽噴發口中感受來自地球深處的能量。

在東非大裂谷，大陸構造板塊正在緩慢地分離

來自地球深處的熱量

在多雲的日子裡，你很難分辨在“地獄之門”上空飄浮的雲是來自天空還是地面。2月的一個早晨，為肯尼亞電力公司等公司工作的地球物理學家安娜·姆旺吉開始了一天的工作——探索新的地熱鑽探地點。她指着岩石山坡上一個小洞中升起的微弱蒸汽，笑着說道：“你可以用它煮雞蛋。”

奧爾卡里亞周圍地區有許多這樣的天然地熱噴口，有些溫度很高，不小心就會燙到手。蒸汽是地獄之門國家公園名字的來源，因為這裡的景觀看起來就像正在沸騰的地獄。

在某種程度上確實如此。地核位於地表以下約3000公里處，其溫度甚至比太陽表面還高。地核的熱量通過厚厚的地幔向上傳播，到達地球的最外層——地殼。在構造板塊——由地殼和上地幔組成——被擠壓在一起或被撕裂的地方，這些熱量就會上升到離地表更近的地方。東非大裂谷就是這樣一個地方，它橫貫非洲大陸的東部，長度達7000公里。

“這是大陸分裂的地方，”姆旺吉指着岩石山脊之間的深峽谷說道。這是兩個巨大的構造板塊正緩慢分開的明顯標誌。“這是一個活躍的過程，將持續幾百萬年，”她說，“幾百萬年後，如果你來到這裡，會發現這裡變成了海洋。”

在大陸撕裂的同時，人們也可以利用這種構造運動所釋放的能量。隨着構造板塊的移動，地殼會出現裂縫，使過熱的岩石與地下水相互作用，並將其轉化為蒸汽。這些裂縫成為熱量通往地表的通道，形成了溫泉、間歇泉或熱氣騰騰的地熱噴口。在東非大裂谷，大部分熱量都被困在地表以下。

這種能量來自地球，而且基本上是無限的，肯尼亞擁有非常好的資源，那就是東非大裂谷。在如此接近地表的地方就有着令人難以置信的熱量。在世界的其他地方，人們必須鑽探數千米甚至更深才能找到相同溫度的地熱能。

卡利用這種能量發電非常簡單，把水從蒸汽中分離出來，將這些蒸汽引導到渦輪上，使渦輪旋轉發電。

奧爾卡里亞5號發電站的渦輪機轉速為每分鐘3000轉，快得肉眼無法追蹤。在一間小控制室里，兩名工程師12小時輪班工作，盯着十幾台顯示發電站數據的監視器。姆旺吉問：“今天的發電量是多少？”。一位工程師看了看電腦屏幕說：“158兆瓦。”這大約是肯尼亞電力容量的5%。

總體上，奧爾卡里亞地熱項目提供了肯尼亞四分之一的電力，部分電力向東南方向輸送到500公裡外的港口城市蒙巴薩，向西輸送到幾百公裡外的烏干達邊境。肯尼亞是世界上第八大地熱能生產國，僅次於美國、菲律賓、印度尼西亞、土耳其和新西蘭等國，其地熱發電量已經超過冰島和日本；一旦奧爾卡里亞6號發電站投入使用，就將超過墨西哥和意大利。

這些地熱能是大自然賦予肯尼亞的寶貴遺產，其開發也經過了一段很長的時間。“肯尼亞很早就開始了，”姆旺吉說，“我們從20世紀50年代就開始探索，所以已經有了幾十年的研究、開發和成功經驗。”

當然也有失敗。“我們的第一批井很糟糕，”姆旺吉說。那是在1956年，當時的技術還不夠發達，無法利用這些蒸汽。

最早的奧爾卡里亞發電站在25年後的1981年建成，這是肯尼亞第一座，也是非洲第一座地熱發電站。自20世紀50年代以來，經營奧爾卡里亞發電站的肯尼亞電力公司已經在“地獄之門”鑽探了310口井，其中125口至今仍在冒着蒸汽。2014年和2015年，兩座新的大型發電站上線，大幅提高了發電量。

但他們的工作遠未結束。肯尼亞四分之一的人口仍然缺乏電力供應。停電現象在這個國家很常見，嚴重阻礙了製造業的發展，也使需要在晚上學習的學生或家長很難給手機充電。“我們需要增加更多的電力，這樣我們的國家才能像世界其他地方一樣燈火通明，”姆旺吉說道。

與其他形式的能源相比，地熱能開發所需的土地更少，但在肯尼亞的地獄之門地區，當地居民仍需要重新安置

向地下深處鑽探

為了尋找下一個蒸汽來源，姆旺吉每天要跋涉50公里，目標是所謂的“地熱草”，一種又高又細的植物，具有綠色和黃色的細絲，暗示地熱和濕氣可能就埋藏在地下，收集岩石樣品，檢測水質，並測量地面溫度，所有這些都能為計算提供依據，以最終決定是否應該在某個特定地點鑽一口新井。

一旦確定較為理想的地點，就需要讓投資者不要膽怯，鑽井的成本約為600萬美元。如果失手，這些錢就都打水漂了，這正是地熱能開發的主要缺點，資本投資非常高，這讓很多人望而卻步。

對於許多地熱工程師來說，最激動人心的時刻是鑽一口新井並發現蒸汽的時候。當一口井鑽好之後，他們打開閥門，將流體排放到大氣中，此時的轟鳴和震動是不可思議的，絕對令人震撼，來自那口井裡的能量——會持續20年——太令人興奮了！

在奧爾卡里亞，地熱井都會進行大約兩個月的測試，以確定其流量。然後，井裡的蒸汽被引入當地的小型發電站，或是通過管道輸送至更大的發電站，如奧爾卡里亞6號發電站。由於“地獄之門”是眾多野生動物的家園，因此在一些地方，管道必須抬離地面數米，以讓長頸鹿和其他野生動物安全通過。

奧爾卡里亞的部分電力是在地熱井當場產生的，這些小型“衛星井”往往只有2到3公里深，每個井可產生大約5兆瓦的電能——足夠為5萬戶肯尼亞家庭供電。在蒸汽驅動渦輪機的同時，水也被注入地下，以確保地熱井永遠不會幹涸。隨着時間的推移，地下水會被重新加熱，變成蒸汽。

在地獄之門地區，依賴旅遊業的人擔心地熱發電站的擴張可能會破壞他們的生計

地熱發電的優勢

在一個電力供不應求的國家，地熱發電站具有一些明顯的優勢。首先，這些發電站可以迅速擴張。可持續能源工程師表示，在奧爾卡里亞，試驗性的發電站大概需要一年時間建成，而接下來4年裡就能鑽14個地熱井。一旦走上正軌，發電站的發展會十分迅速。

發電站的規模也很重要。位於地熱井上的小型發電站規模比一個足球場還小，而當發現更強大的蒸汽源時，它們可以被拆除，並從一口井遷移到另一口井。這是地熱的一個重要優勢——它需要的足跡非常小。與風能、太陽能或煤炭相比，開發地熱能所需要的土地要少得多。

不過，儘管單個地熱井可能很小，但300個地熱井分佈在一個布滿管道和輸電線路、通道以及注水池的山谷中，使奧爾卡里亞成為一個龐然大物。這對放牧的馬賽人造成了困擾，幾個世紀以來，他們一直在這片土地上放牧。

為了給奧爾卡里亞的擴張騰出地方，肯尼亞電力公司將來自155戶家庭的1181位馬賽族居民重新安置到一塊面積達1700英畝，建有房屋、教堂和學校的土地上。工程師也同樣希望能有來自馬賽人社區的下一代科學家和工程師。

到目前為止，奧爾卡里亞的僱員有1250人，但只有50人是馬賽人，其中來自安置社區的只有20人。沒有多少肯尼亞人有機會上大學，尤其是農村的牧民。現在，在奧爾卡里亞南部蘇斯瓦（Suswa）火山口附近的500個馬賽族家庭中，有一些人擔心他們很快也會被趕出去。蘇斯瓦火山口是由一座休眠火山形成的，另一家地熱能開發公司已經開始在其周圍尋找潛在的地熱井。該公司認為，蘇斯瓦火山口有潛力產生750兆瓦的地熱能，相當於奧爾卡里亞目前的發電量。

“在奧爾卡里亞，那些人都被趕走了，”Kiano Sempui說道。他是一個馬賽人，也是三個孩子的父親，居住在蘇斯瓦火山口附近，以放牧山羊、綿羊和牛為生。“我們非常肯定，當這家公司來到這裡時，同樣的事情遲早會發生在我們身上。”

更重要的是，Kiano Sempui擔心地熱能開發會破壞他努力打造的小型旅遊業。每到周末，都會有數十名肯尼亞和外國遊客前往火山口，參觀天然洞穴迷宮，並沿着火山口邊緣徒步旅行，欣賞山下森林的美景。除了可以欣賞到花豹等野生動物，他們還可以在懸崖邊的星空下露營。公園保護區的旅遊收入可以用來支付教師工資、醫院賬單和修路費用等。

Sempui說：“當地熱上涌時，保護區就會被破壞，因為沒有多少遊客願意忍受這些噪音。”他指的是在地熱井進行測試或維護時，從井中會噴出令人心驚肉跳的滾滾蒸汽。

冰島的地熱公司將釋放出來的二氧化碳注入地下深處，形成礦物質，從而將其封存起來

地熱工程的問題

近年來，肯尼亞政府和外國投資者花費了數十億美元，將越來越多的東非地區連接到電網。為了滿足該地區快速發展的城市的能源需求，人們將更多的目光投向了地熱能開發，而當地牧民的土地問題是亟需解決的幾個挑戰之一。

另一個挑戰是如何處理地熱流體所釋放的二氧化碳。溫泉和蒸汽噴發口也會自然地排放出二氧化碳。不同地熱項目所釋放的碳量差別很大，但與燃燒化石燃料相比，其排放總量仍微不足道——僅相當於燃燒煤炭的2.7%，或燃燒天然氣的5%。

一些發電站，如冰島的項目，是通過捕獲碳並將其注入地下，在那裡使其礦化並變得無害。冰島有一個名為Carbfix的項目，在過去10年裡一直在研究這個問題。現在，來自赫利舍迪（Hellisheidi）大型地熱發電站的大量二氧化碳被重新注入到玄武岩深處，形成了新的礦物質，成為岩石的一部分。

相比二氧化碳，更可能帶來問題的也許是將水重新注入岩石深處以補充蒸汽。重新注入的水含有高濃度的二氧化硅和鹽（相對於低溫的地下水），有時還有有毒元素，如砷、鋰、銻、汞、硫和許多其他元素，在大多數情況下，水被注入到足夠深的地方，不會影響蓄水層，但如果出了差錯，就有可能污染飲用水源。

另外一個事實是，地熱工程可能會通過壓裂岩石的方式引起地震活動。這並不是危言聳聽，而是時常發生的情況。在極少數情況下，你能感覺到地震。這產生了很多不信任，還有很多會說“別在我家後院”，你不能因此責怪他們。

儘管這樣的地震不經常發生，但有時也會造成嚴重的後果。2017年11月，一家地熱發電站的注水作業導致一條此前不為人知的斷層線斷裂，在韓國浦項引發了一場5.5級地震，最終有1700人被重新安置。更好的監測和風險管理有助於在未來避免類似的大地震。

地熱能可能在有溫泉和間歇泉的地區最為突出，但在一些氣候更溫和的地區，地熱也能提供重要的清潔能源

向深處鑽探

地熱能開發只有一個多世紀的歷史，遠不如化石燃料，其未來很可能還會持續很久。然而，對於下一個前沿是什麼，人們還有很多分歧。目前大多數地熱發電站“需要一個中等規模的儲熱庫，包括溫泉、間歇泉和其他地熱特徵等”。這些本質上都是地熱領域可輕易實現的目標。

無論在什麼地方，只要你鑽得足夠深，就會獲得很高的溫度那我們為什麼不往深處鑽探，把岩石弄斷，將熱量取出來呢？聽起來真的很誘人。鑽探很有意思，但說實話，真的很難做到。我們很難讓岩石在正確的方向斷裂。

例如，冰島的一項深度約4.6公里的鑽探計劃已經遇到了一些嚴峻的挑戰，出現了一些殘酷的化學反應，所有的設備都被摧毀了。地熱流體會溶解來自地下岩漿的二氧化碳等氣體，而當溫度超過400攝氏度時，這些液體也會溶解岩石中的礦物質。這使得地熱流體具有很強的腐蝕性，會對金屬鑽井設備、管道和固定設備的水泥造成損害。

一些工程師希望向更深處鑽探，而另一些人則認為開發的熱度應該降一降溫。在無法建設大型發電站的地方，可以用低廉的成本開發出發電量較小的低溫地熱系統。