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許多地方都可以利用地?zé)崮軄?lái)發(fā)電。但是，每個(gè)地方都會(huì)面臨與地震隱患、腐蝕性蒸汽以及其他因素等有關(guān)的*挑戰(zhàn)。針對(duì)地理?xiàng)l件量身定制的發(fā)電廠，可以經(jīng)濟(jì)劃算地開(kāi)發(fā)這種清潔、可靠的能源。

冰島具備理想的地?zé)岚l(fā)電條件。

地核溫度非常高，達(dá)6000℃，與太陽(yáng)表面溫度相當(dāng)。通過(guò)火山、溫泉和間歇噴泉等形式，人們可以在地表感受到這種熱能的威力。不過(guò)，人們可以為有益的目的開(kāi)發(fā)這部分熱能，如地?zé)岚l(fā)電。事實(shí)上，全球地?zé)犭姀S的年總發(fā)電量已經(jīng)超過(guò)600億度。據(jù)國(guó)際能源署（IEA）發(fā)布的數(shù)據(jù)，地?zé)崮苋杂芯薮鬂摿ι写_(kāi)發(fā)。到2050年，全球地?zé)犭姀S的年總發(fā)電量將增至1.4萬(wàn)億度，占全球總發(fā)電量的3.5%。

然而，在實(shí)現(xiàn)這樣的增長(zhǎng)之前，還需要完成大量改進(jìn)。而這正是20多年來(lái)，Donald Leger一直在為之做準(zhǔn)備的事。在西門子旗下子公司TurboCare，Leger從事第三方蒸汽輪機(jī)設(shè)計(jì)和維修優(yōu)化工作已有很長(zhǎng)一段時(shí)間。自2012年起，他參與了西門子能源開(kāi)展的新型地?zé)岚l(fā)電用蒸汽輪機(jī)項(xiàng)目。在他的職業(yè)生涯中，Leger曾經(jīng)歷過(guò)許多地?zé)犭姀S的建設(shè)。并非每個(gè)地方都適于進(jìn)行地?zé)岚l(fā)電。不過(guò)，譬如，沿著大陸板塊交界處的環(huán)太平洋火山帶，許多地方的地?zé)岚l(fā)電條件特別好。在這些地方，地球內(nèi)部的能量很容易上升至地表，造成火山噴發(fā)，以及在淺層地殼里形成水溫很高的蓄水層，后者可用于發(fā)電。

然而，電廠選址還必須滿足其他條件。Leger說(shuō)：“當(dāng)然，開(kāi)發(fā)地?zé)崮艿?地點(diǎn)是既擁有接近地表的高溫?zé)崮埽?dāng)?shù)赜钟杏秒娦枨蟮牡胤?。正因如此，美?guó)西海岸、印度尼西亞、菲律賓、冰島和肯尼亞等都具備特別好的地?zé)岚l(fā)電條件。”

在歐洲，地?zé)岚l(fā)電早已在電能構(gòu)成中占有一席之地。20世紀(jì)初，意大利修建了*座地?zé)犭姀S?，F(xiàn)在，德國(guó)和瑞士等其他國(guó)家也在進(jìn)行地?zé)岚l(fā)電。問(wèn)題是，在中歐只有通過(guò)鉆探極深的地?zé)峋?，并采用非常?fù)雜的工藝，才能汲取到足夠的熱水。在瑞士，這樣的鉆井作業(yè)已經(jīng)導(dǎo)致小型地震，繼而招致了 之聲。

不論地?zé)犭姀S建在哪里，其基本工作原理始終相同。向地底深處鉆探地?zé)峋?，直至達(dá)到水溫很高的蓄水層，這通常是在地下1000米以下的地方。在這個(gè)地層中，水壓一般在3.5至15巴之間。在壓力作用下，地層中的熱水沿地?zé)峋可系乇?。由此得到的既有流水，也有蒸汽。這些溫度高達(dá)250℃的蒸汽可以驅(qū)動(dòng)輪機(jī)以及與之相連的發(fā)電機(jī)。待其冷卻之后，將利用電泵將這些水回灌到地下高溫區(qū)。取決于水溫，可以利用多種不同的方法來(lái)進(jìn)行地?zé)岚l(fā)電。如果水溫較低，約150℃左右，那么一般而言，地?zé)崴畬⒃谝粋€(gè)封閉循環(huán)中通過(guò)熱交換，將熱能傳遞給沸點(diǎn)更低的有機(jī)工質(zhì)。轉(zhuǎn)化為蒸汽狀態(tài)后，這種工質(zhì)將驅(qū)動(dòng)輪機(jī)。如果地?zé)崴疁囟容^高，那么，來(lái)自地底深處的干蒸汽也可以被直接導(dǎo)入輪機(jī)。這能提高電廠的總體效率，同時(shí)降低發(fā)電成本。Michael Barth是西門子*地?zé)岚l(fā)電用蒸汽輪機(jī)開(kāi)發(fā)負(fù)責(zé)人，他解釋道：“我們可以使用溫度高達(dá)250℃的蒸汽。蒸汽溫度越低，所含液態(tài)水分越多。我們必須首先清除這些水分，以確保不超過(guò)輪機(jī)允許蒸汽濕度。我們將這個(gè)過(guò)程稱為‘閃蒸’。大多數(shù)情況下，閃蒸需要使用安裝在輪機(jī)上游的離心機(jī)。”

除水分之外，還必須從蒸汽中清除其他物質(zhì)。這是因?yàn)樵诮?jīng)層層巖石滲出的過(guò)程中，含水蒸汽會(huì)吸收硫化氫、其他氣體、鹽分以及小礫石。位于輪機(jī)上游的系統(tǒng)可以清除許多這樣的物質(zhì)，但仍有殘余，對(duì)于直接使用從地底獲得的蒸汽的輪機(jī)而言，這是一個(gè)重大問(wèn)題。

相比于常規(guī)蒸汽輪機(jī)電站使用的蒸汽，來(lái)自地底的物質(zhì)對(duì)輪機(jī)葉片及地?zé)岚l(fā)電裝置的其他組件造成的損害更加嚴(yán)重。這會(huì)導(dǎo)致腐蝕和侵蝕，從而降低效率。Barth說(shuō)：“地?zé)岚l(fā)電用蒸汽輪機(jī)內(nèi)部的磨損程度，由電站廠址的地質(zhì)條件決定。取決于蒸汽質(zhì)量，每隔3到10年，必須對(duì)輪機(jī)進(jìn)行一次*檢修。”

就地?zé)岚l(fā)電而言，每個(gè)廠址都是 的。必須相應(yīng)地調(diào)整蒸汽輪機(jī)、輪機(jī)級(jí)數(shù)和材料。

西門子生產(chǎn)的地?zé)岚l(fā)電用蒸汽輪機(jī)能夠很好地應(yīng)對(duì)這樣的條件——盡管2011年西門子才開(kāi)始開(kāi)發(fā)地?zé)岚l(fā)電用蒸汽輪機(jī)。要知道，西門子可以借鑒其常規(guī)蒸汽輪機(jī)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，更重要的是，可以汲取旗下子公司TurboCare在維護(hù)其他公司制造的地?zé)岚l(fā)電用蒸汽輪機(jī)的過(guò)程中積累的豐富經(jīng)驗(yàn)。Leger指出：“從TurboCare公司的維護(hù)工作中，我們懂得了如何開(kāi)發(fā)適于在惡劣條件下運(yùn)行的蒸汽輪機(jī)?，F(xiàn)在，我們知道該使用哪些材料來(lái)最大限度地減輕腐蝕和侵蝕。”譬如，設(shè)計(jì)人員使用了耐腐蝕不銹鋼來(lái)制造輪機(jī)葉片。Barth補(bǔ)充道：“根據(jù)電站廠址出產(chǎn)的地?zé)嵴羝幕瘜W(xué)成分，我們調(diào)整了用料，改良了設(shè)計(jì)。譬如，如果蒸汽具有超乎尋常的破壞力，那么，我們將提高制造葉片所用鋼材的含鉻量。為了應(yīng)對(duì)極端條件，我們使用了含鉻量高達(dá)12%的鋼材。此外，可能接觸到蒸汽的輪機(jī)部件均使用了高級(jí)鋼材，而不是普通鋼材。”西門子輪機(jī)規(guī)格齊全，輸出功率從5千千瓦到12萬(wàn)千瓦不等。取決于蒸汽體積和壓力，還可以針對(duì)項(xiàng)目的特定條件，調(diào)整級(jí)數(shù)和葉片長(zhǎng)度。由于來(lái)自地底深處的某些物質(zhì)可能對(duì)地表環(huán)境有害，因此，必須精心設(shè)計(jì)電廠及其設(shè)備，以處理不可凝氣體。其目的是利用電泵，將幾乎所有有害物質(zhì)回灌到地下。

地震前關(guān)閉。除惡劣的蒸汽輪機(jī)條件之外，開(kāi)發(fā)人員還必須應(yīng)對(duì)另一個(gè)主要挑戰(zhàn)：地震。凡是火山活動(dòng)活躍和大陸板塊經(jīng)常碰撞的地方，輕微地震總是不斷。正因如此，西門子蒸汽輪機(jī)配備了一個(gè)自動(dòng)關(guān)斷系統(tǒng)，可在出現(xiàn)過(guò)度地震活動(dòng)時(shí)，立即安全地關(guān)閉輪機(jī)。這降低了受損風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)樵谶\(yùn)行狀態(tài)下，輪機(jī)更容易受到外部震動(dòng)的破壞。電廠地基必須具備抗震性能。盡管存在種種挑戰(zhàn)，但在適當(dāng)條件下，地?zé)岚l(fā)電的回報(bào)是豐厚的，因?yàn)?，它兼具常?guī)電廠和可再生能源發(fā)電的優(yōu)勢(shì)。與風(fēng)電場(chǎng)和太陽(yáng)能電站不同的是，地?zé)犭姀S可以常年運(yùn)行，因而可用于滿足基本用電需求。

此外，同可再生能源一樣，地?zé)岚l(fā)電不會(huì)產(chǎn)生燃料費(fèi)用。然而，地?zé)犭姀S的規(guī)劃十分復(fù)雜。Leger說(shuō)：“建造一座燃煤電廠相對(duì)容易一些，因?yàn)椴徽撍妹禾縼?lái)自哪里，都可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)其壓力和溫度。但在規(guī)劃一座地?zé)犭姀S時(shí)，則必須首先對(duì)廠址進(jìn)行地質(zhì)勘測(cè)，以確保有足夠的熱能和水源。”然后，開(kāi)發(fā)人員將鉆探若干地?zé)峋?，以獲取地?zé)嵴羝驘崴＝酉聛?lái)，工程師將根據(jù)蒸汽成分、溫度及其他參數(shù)等，調(diào)整輪機(jī)。如此建成的地?zé)犭姀S將是較經(jīng)濟(jì)高效的發(fā)電設(shè)施之一。事實(shí)上，這樣的地?zé)犭姀S已經(jīng)可與常規(guī)電廠一較高下。據(jù)金融咨詢公司Lazard有限公司計(jì)算，地?zé)岚l(fā)電的單位成本約為90美元/1000度電。換句話說(shuō)，地?zé)岚l(fā)電的成本通常低于太陽(yáng)能發(fā)電。在條件*的地方，地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)甚至比燃煤發(fā)電廠還要經(jīng)濟(jì)高效。