科技革新：地熱能源產能躍升五倍

在地球深處，蘊藏著一個擁有巨大且永續潛力的能源來源：地熱。然而，要駕馭這股來自炙熱且惡劣深處的力量，並非易事。如今，科學家們已經找到了解決之道。

「在地底深處，我們發現溫度超過攝氏1000度，這些熱能可以轉化為可再生且幾乎零碳排放的能源。地熱能源不僅獨立、穩定，而且全天候可用。」這是SINTEF資深研究科學家Hieu Nguyen Hoang的觀點。他是致力於馴服地球深處惡劣條件的技術專家之一。

隨著全球加速轉向更環保、更可再生的能源，地熱能源可能成為我們迫切需要的關鍵能源來源。然而，目前地熱能源的開發仍伴隨著大量的溫室氣體排放。

迄今為止，地熱能源的潛力尚未被充分開發，全球能源中僅有不到3%來自地熱。高昂的成本以及鑽探所需的高能耗是主要原因。為了實現盈利的電力生產，我們需要能夠鑽探到足夠高的溫度，因為越接近地核，溫度就越高。

新的科技進展正讓我們越來越接近這一目標。冰島已經充分利用其獨特的地質條件，目前該國99%的電力來自可再生能源，而地熱能源在其中扮演了重要角色。

冰島深鑽計畫（IDDP）是一個多年來致力於研究如何建造能夠承受高溫和多孔地質結構的井的研究與開發專案。該計畫的目標是鑽探到「超臨界水」——當溫度超過攝氏374度且壓力達到地表大氣壓力的218倍時，水會進入這種狀態。這些極端條件下產生的電力是傳統地熱能源的五到十倍。

「超臨界水因其更高的能量密度，為發電提供了獨特的機會。釋放這一資源可能會徹底改變地熱能源，使其成為最高效的可再生能源之一。」Hoang表示。

IDDP的合作夥伴來自多個國家，包括挪威的國際能源公司Equinor。他們透過前兩個專案尋找解決方案，但迄今尚未成功。「第一口井達到了超熱條件，第二口井在4650米深度達到了超臨界條件。然而，由於井壁外殼系統不足，兩口井都出現了故障。」Hoang解釋道。

現在，新的IDDP專案正在進行中：COMPASS專案接續了前身HotCaSe的任務。目標是建造一口能夠承受高溫和多孔地質結構的新井，同時盡可能降低成本，以確保專案的盈利性和可持續性。

「腐蝕性流體、極端壓力和地熱應力對井的設計提出了嚴峻挑戰。創新的解決方案對於確保地熱井的完整性和壽命至關重要。」Hoang強調。

SINTEF負責開發井的模擬工具，而Reykjavik Energi則負責鑽探IDDP專案的第三口井。透過其子公司On Power，他們已經透過多個研究專案為此做好了準備。目標是在國際專家團隊的幫助下，為井的設計設定新標準。

地熱能源的提取是透過水庫中的水流入井中並上升到地表來實現的。多孔結構中的自然裂縫使得水能夠在這些結構中流動。挑戰在於確保井在極端溫度和壓力條件下的長期完整性。

COMPASS專案的研究人員將開發技術，以提供更強韌、更靈活的井，能夠應對這些極端條件。這包括開發更強韌、更靈活的外壁（稱為套管），以減少熱應力。專案還將專注於創新的抗腐蝕井設計。

「我們將使用雷射在管道上塗覆一層抗腐蝕的保護層，以抵禦高壓和腐蝕性液體。」SINTEF研究員Tèrence Coudert表示。

SINTEF開發了一種名為Casinteg的先進模擬工具，據其研發者稱，這項技術可能會徹底改變地熱井的設計。透過模擬和提取井中的資料，該工具能夠識別地球深處發生的物理現象，並提供有關化學反應和所需材料的資訊，以建立靈活的結構。

「這項工具至關重要，是前一個HotCaSe專案和正在進行的COMPASS專案的重要成果。它使我們能夠快速計算井中的力以及結構的承受能力，從而持續開發技術並降低成本。」Coudert解釋道。

在前一個專案中，套管系統在超高溫條件下迅速受損，導致研究人員無法測量井中的條件或進行計劃中的測試。「我們從第一口IDDP井的經驗中學到，套管系統對於確保外壁的穩定性有多麼重要。」Hoang表示。

根據研究人員的說法，地熱能源可以在全球能源轉型中扮演重要角色，並成為傳統可再生能源的可靠且多功能的替代品。然而，地熱能源不僅僅是一種可再生能源：它還具有在迴圈能源經濟中發揮關鍵作用的潛力。透過重新利用井進行碳捕獲、熱能儲存或氫氣生產，地熱專案可以延長其生命週期並減少對環境的影響。

「我們的目標是創造壽命超過30年的井，並使其能夠適應未來的應用和條件。」Reykjavik Energy的Lilja Tryggvadóttir表示。「我們還在探索重新利用和翻新舊井的可能性，並從更深層的資源中提取能源。」她補充道。