在非洲大陸東部，有一條縱貫?zāi)媳钡拇髰{谷，這是兩個(gè)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(yùn)動(dòng)不斷撕裂著這片大陸，同時(shí)釋放出令人難以置信的大量清潔能源。
▲ 據(jù)運(yùn)營(yíng)奧爾卡里亞地?zé)犴?xiàng)目的肯尼亞電力公司稱，該項(xiàng)目的發(fā)電量大約占肯尼亞全部能源的 27%
沿著塵土飛揚(yáng)的土路行駛，蜿蜒穿行于肯尼亞的“地獄之門”國(guó)家公園（Hell‘s Gate National park），路旁便是斑馬、瞪羚和長(zhǎng)頸鹿。你會(huì)看到遠(yuǎn)處有一股蒸汽直沖云霄。在布滿蒸汽噴發(fā)口的巨大山谷里開車時(shí)需要十分小心，有時(shí)還要急轉(zhuǎn)彎以避開沖過來的疣豬。
蒸汽轟鳴著，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(shù)公里長(zhǎng)的管道，推動(dòng)著渦輪發(fā)電機(jī)，為人類提供一種數(shù)百萬(wàn)年都不會(huì)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?zé)犴?xiàng)目（Olkaria Geothermal Project）。在那里，一個(gè)新的發(fā)電站即將上線。在擴(kuò)建之后，奧爾卡里亞 6 號(hào)發(fā)電站（Olkaria VI）的裝機(jī)容量達(dá)到 86 兆瓦，推動(dòng)該項(xiàng)目的總裝機(jī)容量增至 791.5 兆瓦，這大約占肯尼亞全部能源的 27%。目前，肯尼亞已經(jīng)有 38% 的電力來自地?zé)?，這一比例比其他任何國(guó)家都要高。
奧爾卡里亞 6 號(hào)發(fā)電站建成后，將成為世界上最大的單一地?zé)岚l(fā)電站。在全球范圍內(nèi)，地?zé)崮苁且粋€(gè)價(jià)值 46 億美元的龐大產(chǎn)業(yè)，在東南亞、北美、歐洲和其他地區(qū)有 500 多家發(fā)電站，為數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的家庭提供電能。畢竟，地?zé)崾鞘澜缟蟽H次于太陽(yáng)能的第二豐富的能源。
然而，就目前人類對(duì)太陽(yáng)能的開發(fā)程度而言，地?zé)崮艿拈_發(fā)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后。盡管具有一些重要的優(yōu)勢(shì)，但到 2016 年時(shí)，全球從地?zé)嶂蝎@得的能源還僅為太陽(yáng)能的 4%。對(duì)比其他可再生能源，風(fēng)力渦輪機(jī)在平靜無風(fēng)的日子里是沒有用的，而太陽(yáng)能電池板在太陽(yáng)被云層覆蓋的時(shí)候，或者到了晚上，都無法工作；對(duì)于地?zé)崮埽瑹o論一天中的什么時(shí)候，無論天氣如何，我們腳下的地球都在穩(wěn)定地釋放大量的熱量。
要了解這種熱量的潛在價(jià)值，最好的辦法就是前往距離肯尼亞首都內(nèi)羅畢西北約 90 公里的“地獄之門”，從蒸汽噴發(fā)口中感受來自地球深處的能量。
▲ 在東非大裂谷，大陸構(gòu)造板塊正在緩慢地分離
來自地球深處的熱量
在多云的日子里，你很難分辨在“地獄之門”上空飄浮的云是來自天空還是地面。2 月的一個(gè)早晨，為肯尼亞電力公司等公司工作的地球物理學(xué)家安娜?姆旺吉開始了一天的工作 —— 探索新的地?zé)徙@探地點(diǎn)。她指著巖石山坡上一個(gè)小洞中升起的微弱蒸汽，笑著說道：“你可以用它煮雞蛋?！?/p>
奧爾卡里亞周圍地區(qū)有許多這樣的天然地?zé)釃娍?，有些溫度很高，不小心就?huì)燙到手。蒸汽是地獄之門國(guó)家公園名字的來源，因?yàn)檫@里的景觀看起來就像正在沸騰的地獄。
在某種程度上確實(shí)如此。地核位于地表以下約 3000 公里處，其溫度甚至比太陽(yáng)表面還高。地核的熱量通過厚厚的地幔向上傳播，到達(dá)地球的最外層 —— 地殼。在構(gòu)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(huì)上升到離地表更近的地方。東非大裂谷就是這樣一個(gè)地方，它橫貫非洲大陸的東部，長(zhǎng)度達(dá) 7000 公里。
“這是大陸分裂的地方，”姆旺吉指著巖石山脊之間的深峽谷說道。這是兩個(gè)巨大的構(gòu)造板塊正緩慢分開的明顯標(biāo)志?！斑@是一個(gè)活躍的過程，將持續(xù)幾百萬(wàn)年，”她說，“幾百萬(wàn)年后，如果你來到這里，會(huì)發(fā)現(xiàn)這里變成了海洋?！?/p>
在大陸撕裂的同時(shí)，人們也可以利用這種構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所釋放的能量。隨著構(gòu)造板塊的移動(dòng)，地殼會(huì)出現(xiàn)裂縫，使過熱的巖石與地下水相互作用，并將其轉(zhuǎn)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?zé)釃娍?。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著令人難以置信的熱量。在世界的其他地方，人們必須鉆探數(shù)千米甚至更深才能找到相同溫度的地?zé)崮堋?/p>
利用這種能量發(fā)電非常簡(jiǎn)單，把水從蒸汽中分離出來，將這些蒸汽引導(dǎo)到渦輪上，使渦輪旋轉(zhuǎn)發(fā)電。
奧爾卡里亞 5 號(hào)發(fā)電站的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)速為每分鐘 3000 轉(zhuǎn)，快得肉眼無法追蹤。在一間小控制室里，兩名工程師 12 小時(shí)輪班工作，盯著十幾臺(tái)顯示發(fā)電站數(shù)據(jù)的監(jiān)視器。姆旺吉問：“今天的發(fā)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?zé)犴?xiàng)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 公里外的港口城市蒙巴薩，向西輸送到幾百公里外的烏干達(dá)邊境。肯尼亞是世界上第八大地?zé)崮苌a(chǎn)國(guó)，僅次于美國(guó)、菲律賓、印度尼西亞、土耳其和新西蘭等國(guó)，其地?zé)岚l(fā)電量已經(jīng)超過冰島和日本；一旦奧爾卡里亞 6 號(hào)發(fā)電站投入使用，就將超過墨西哥和意大利。
這些地?zé)崮苁谴笞匀毁x予肯尼亞的寶貴遺產(chǎn)，其開發(fā)也經(jīng)過了一段很長(zhǎng)的時(shí)間。“肯尼亞很早就開始了，”姆旺吉說，“我們從 20 世紀(jì) 50 年代就開始探索，所以已經(jīng)有了幾十年的研究、開發(fā)和成功經(jīng)驗(yàn)?！?/p>
當(dāng)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(dāng)時(shí)的技術(shù)還不夠發(fā)達(dá)，無法利用這些蒸汽。
最早的奧爾卡里亞發(fā)電站在 25 年后的 1981 年建成，這是肯尼亞第一座，也是非洲第一座地?zé)岚l(fā)電站。自 20 世紀(jì) 50 年代以來，經(jīng)營(yíng)奧爾卡里亞發(fā)電站的肯尼亞電力公司已經(jīng)在“地獄之門”鉆探了 310 口井，其中 125 口至今仍在冒著蒸汽。2014 年和 2015 年，兩座新的大型發(fā)電站上線，大幅提高了發(fā)電量。
但他們的工作遠(yuǎn)未結(jié)束。肯尼亞四分之一的人口仍然缺乏電力供應(yīng)。停電現(xiàn)象在這個(gè)國(guó)家很常見，嚴(yán)重阻礙了制造業(yè)的發(fā)展，也使需要在晚上學(xué)習(xí)的學(xué)生或家長(zhǎng)很難給手機(jī)充電?！拔覀冃枰黾痈嗟碾娏Γ@樣我們的國(guó)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?zé)崮荛_發(fā)所需的土地更少，但在肯尼亞的地獄之門地區(qū)，當(dāng)?shù)鼐用袢孕枰匦掳仓?/p>
向地下深處鉆探
為了尋找下一個(gè)蒸汽來源，姆旺吉每天要跋涉 50 公里，目標(biāo)是所謂的“地?zé)岵荨?，一種又高又細(xì)的植物，具有綠色和黃色的細(xì)絲，暗示地?zé)岷蜐駳饪赡芫吐癫卦诘叵?，收集巖石樣品，檢測(cè)水質(zhì)，并測(cè)量地面溫度，所有這些都能為計(jì)算提供依據(jù)，以最終決定是否應(yīng)該在某個(gè)特定地點(diǎn)鉆一口新井。
一旦確定較為理想的地點(diǎn)，就需要讓投資者不要膽怯，鉆井的成本約為 600 萬(wàn)美元。如果失手，這些錢就都打水漂了，這正是地?zé)崮荛_發(fā)的主要缺點(diǎn)，資本投資非常高，這讓很多人望而卻步。
對(duì)于許多地?zé)峁こ處焷碚f，最激動(dòng)人心的時(shí)刻是鉆一口新井并發(fā)現(xiàn)蒸汽的時(shí)候。當(dāng)一口井鉆好之后，他們打開閥門，將流體排放到大氣中，此時(shí)的轟鳴和震動(dòng)是不可思議的，絕對(duì)令人震撼，來自那口井里的能量 —— 會(huì)持續(xù) 20 年 —— 太令人興奮了！
在奧爾卡里亞，地?zé)峋紩?huì)進(jìn)行大約兩個(gè)月的測(cè)試，以確定其流量。然后，井里的蒸汽被引入當(dāng)?shù)氐男⌒桶l(fā)電站，或是通過管道輸送至更大的發(fā)電站，如奧爾卡里亞 6 號(hào)發(fā)電站。由于“地獄之門”是眾多野生動(dòng)物的家園，因此在一些地方，管道必須抬離地面數(shù)米，以讓長(zhǎng)頸鹿和其他野生動(dòng)物安全通過。
奧爾卡里亞的部分電力是在地?zé)峋?dāng)場(chǎng)產(chǎn)生的，這些小型“衛(wèi)星井”往往只有 2 到 3 公里深，每個(gè)井可產(chǎn)生大約 5 兆瓦的電能 —— 足夠?yàn)?5 萬(wàn)戶肯尼亞家庭供電。在蒸汽驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)的同時(shí)，水也被注入地下，以確保地?zé)峋肋h(yuǎn)不會(huì)干涸。隨著時(shí)間的推移，地下水會(huì)被重新加熱，變成蒸汽。
▲ 在地獄之門地區(qū)，依賴旅游業(yè)的人擔(dān)心地?zé)岚l(fā)電站的擴(kuò)張可能會(huì)破壞他們的生計(jì)
地?zé)岚l(fā)電的優(yōu)勢(shì)
在一個(gè)電力供不應(yīng)求的國(guó)家，地?zé)岚l(fā)電站具有一些明顯的優(yōu)勢(shì)。首先，這些發(fā)電站可以迅速擴(kuò)張?？沙掷m(xù)能源工程師表示，在奧爾卡里亞，試驗(yàn)性的發(fā)電站大概需要一年時(shí)間建成，而接下來 4 年里就能鉆 14 個(gè)地?zé)峋?。一旦走上正軌，發(fā)電站的發(fā)展會(huì)十分迅速。
發(fā)電站的規(guī)模也很重要。位于地?zé)峋系男⌒桶l(fā)電站規(guī)模比一個(gè)足球場(chǎng)還小，而當(dāng)發(fā)現(xiàn)更強(qiáng)大的蒸汽源時(shí)，它們可以被拆除，并從一口井遷移到另一口井。這是地?zé)岬囊粋€(gè)重要優(yōu)勢(shì) —— 它需要的足跡非常小。與風(fēng)能、太陽(yáng)能或煤炭相比，開發(fā)地?zé)崮芩枰耐恋匾俚枚唷?/p>
不過，盡管單個(gè)地?zé)峋赡芎苄。?300 個(gè)地?zé)峋植荚谝粋€(gè)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(gè)龐然大物。這對(duì)放牧的馬賽人造成了困擾，幾個(gè)世紀(jì)以來，他們一直在這片土地上放牧。
為了給奧爾卡里亞的擴(kuò)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(dá) 1700 英畝，建有房屋、教堂和學(xué)校的土地上。工程師也同樣希望能有來自馬賽人社區(qū)的下一代科學(xué)家和工程師。
到目前為止，奧爾卡里亞的雇員有 1250 人，但只有 50 人是馬賽人，其中來自安置社區(qū)的只有 20 人。沒有多少肯尼亞人有機(jī)會(huì)上大學(xué)，尤其是農(nóng)村的牧民。現(xiàn)在，在奧爾卡里亞南部蘇斯瓦（Suswa）火山口附近的 500 個(gè)馬賽族家庭中，有一些人擔(dān)心他們很快也會(huì)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?zé)崮荛_發(fā)公司已經(jīng)開始在其周圍尋找潛在的地?zé)峋?。該公司認(rèn)為，蘇斯瓦火山口有潛力產(chǎn)生 750 兆瓦的地?zé)崮?，相?dāng)于奧爾卡里亞目前的發(fā)電量。
“在奧爾卡里亞，那些人都被趕走了，”Kiano Sempui 說道。他是一個(gè)馬賽人，也是三個(gè)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?！拔覀兎浅？隙?，當(dāng)這家公司來到這里時(shí)，同樣的事情遲早會(huì)發(fā)生在我們身上。”
更重要的是，Kiano Sempui 擔(dān)心地?zé)崮荛_發(fā)會(huì)破壞他努力打造的小型旅游業(yè)。每到周末，都會(huì)有數(shù)十名肯尼亞和外國(guó)游客前往火山口，參觀天然洞穴迷宮，并沿著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(dòng)物，他們還可以在懸崖邊的星空下露營(yíng)。公園保護(hù)區(qū)的旅游收入可以用來支付教師工資、醫(yī)院賬單和修路費(fèi)用等。
Sempui 說：“當(dāng)?shù)責(zé)嵘嫌繒r(shí)，保護(hù)區(qū)就會(huì)被破壞，因?yàn)闆]有多少游客愿意忍受這些噪音?！彼傅氖窃诘?zé)峋M(jìn)行測(cè)試或維護(hù)時(shí)，從井中會(huì)噴出令人心驚肉跳的滾滾蒸汽。
▲ 冰島的地?zé)峁緦⑨尫懦鰜淼亩趸甲⑷氲叵律钐?，形成礦物質(zhì)，從而將其封存起來
地?zé)峁こ痰膯栴}
近年來，肯尼亞政府和外國(guó)投資者花費(fèi)了數(shù)十億美元，將越來越多的東非地區(qū)連接到電網(wǎng)。為了滿足該地區(qū)快速發(fā)展的城市的能源需求，人們將更多的目光投向了地?zé)崮荛_發(fā)，而當(dāng)?shù)啬撩竦耐恋貑栴}是亟需解決的幾個(gè)挑戰(zhàn)之一。
另一個(gè)挑戰(zhàn)是如何處理地?zé)崃黧w所釋放的二氧化碳。溫泉和蒸汽噴發(fā)口也會(huì)自然地排放出二氧化碳。不同地?zé)犴?xiàng)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(dāng)于燃燒煤炭的 2.7%，或燃燒天然氣的 5%。
一些發(fā)電站，如冰島的項(xiàng)目，是通過捕獲碳并將其注入地下，在那里使其礦化并變得無害。冰島有一個(gè)名為 Carbfix 的項(xiàng)目，在過去 10 年里一直在研究這個(gè)問題。現(xiàn)在，來自赫利舍迪（Hellisheidi）大型地?zé)岚l(fā)電站的大量二氧化碳被重新注入到玄武巖深處，形成了新的礦物質(zhì)，成為巖石的一部分。
相比二氧化碳，更可能帶來問題的也許是將水重新注入巖石深處以補(bǔ)充蒸汽。重新注入的水含有高濃度的二氧化硅和鹽（相對(duì)于低溫的地下水），有時(shí)還有有毒元素，如砷、鋰、銻、汞、硫和許多其他元素，在大多數(shù)情況下，水被注入到足夠深的地方，不會(huì)影響蓄水層，但如果出了差錯(cuò)，就有可能污染飲用水源。
另外一個(gè)事實(shí)是，地?zé)峁こ炭赡軙?huì)通過壓裂巖石的方式引起地震活動(dòng)。這并不是危言聳聽，而是時(shí)常發(fā)生的情況。在極少數(shù)情況下，你能感覺到地震。這產(chǎn)生了很多不信任，還有很多會(huì)說“別在我家后院”，你不能因此責(zé)怪他們。
盡管這樣的地震不經(jīng)常發(fā)生，但有時(shí)也會(huì)造成嚴(yán)重的后果。2017 年 11 月，一家地?zé)岚l(fā)電站的注水作業(yè)導(dǎo)致一條此前不為人知的斷層線斷裂，在韓國(guó)浦項(xiàng)引發(fā)了一場(chǎng) 5.5 級(jí)地震，最終有 1700 人被重新安置。更好的監(jiān)測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)管理有助于在未來避免類似的大地震。
▲ 地?zé)崮芸赡茉谟袦厝烷g歇泉的地區(qū)最為突出，但在一些氣候更溫和的地區(qū)，地?zé)嵋材芴峁┲匾那鍧嵞茉?/p>
向深處鉆探
地?zé)崮荛_發(fā)只有一個(gè)多世紀(jì)的歷史，遠(yuǎn)不如化石燃料，其未來很可能還會(huì)持續(xù)很久。然而，對(duì)于下一個(gè)前沿是什么，人們還有很多分歧。目前大多數(shù)地?zé)岚l(fā)電站“需要一個(gè)中等規(guī)模的儲(chǔ)熱庫(kù)，包括溫泉、間歇泉和其他地?zé)崽卣鞯取?。這些本質(zhì)上都是地?zé)犷I(lǐng)域可輕易實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。
無論在什么地方，只要你鉆得足夠深，就會(huì)獲得很高的溫度那我們?yōu)槭裁床煌钐庛@探，把巖石弄斷，將熱量取出來呢？聽起來真的很誘人。鉆探很有意思，但說實(shí)話，真的很難做到。我們很難讓巖石在正確的方向斷裂。
例如，冰島的一項(xiàng)深度約 4.6 公里的鉆探計(jì)劃已經(jīng)遇到了一些嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，出現(xiàn)了一些殘酷的化學(xué)反應(yīng)，所有的設(shè)備都被摧毀了。地?zé)崃黧w會(huì)溶解來自地下巖漿的二氧化碳等氣體，而當(dāng)溫度超過 400 攝氏度時(shí)，這些液體也會(huì)溶解巖石中的礦物質(zhì)。這使得地?zé)崃黧w具有很強(qiáng)的腐蝕性，會(huì)對(duì)金屬鉆井設(shè)備、管道和固定設(shè)備的水泥造成損害。
一些工程師希望向更深處鉆探，而另一些人則認(rèn)為開發(fā)的熱度應(yīng)該降一降溫。在無法建設(shè)大型發(fā)電站的地方，可以用低廉的成本開發(fā)出發(fā)電量較小的低溫地?zé)嵯到y(tǒng)。
中國(guó)已經(jīng)是地?zé)岚l(fā)電的大國(guó)之一，許多其他國(guó)家也在試驗(yàn)用溫度僅夠泡茶的水發(fā)電的新方法。理論上，在任何地方，只要鉆探得足夠深，就可以產(chǎn)生地?zé)崮?。有朝一日，我們甚至可能利用海底的地?zé)崮?。地球上的大多?shù)火山活動(dòng)都發(fā)生在海洋中部，即板塊聚合或碰撞的地方，那里的水也具有驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)的足夠溫度。
在非洲，肯尼亞在地?zé)犷I(lǐng)域的開發(fā)處于領(lǐng)先地位，而在東非大裂谷的其他 6 個(gè)國(guó)家，也存在類似奧爾卡里亞的地質(zhì)特征?？夏醽嗠娏疽呀?jīng)在埃塞俄比亞運(yùn)營(yíng)著 22 口地?zé)峋?，并將很快在吉布提開采地?zé)嵴羝?/p>
在全球范圍內(nèi)，只要是構(gòu)造板塊發(fā)生碰撞的地區(qū)，就有發(fā)展地?zé)崮艿臋C(jī)會(huì)。其中許多地點(diǎn)位于南半球，擁有最容易獲得的地?zé)崮茉?。東非和亞洲，比如菲律賓和印度尼西亞，都有很大的潛力。不過，隨著低溫地?zé)峒夹g(shù)的不斷發(fā)展，未來我們或許能在更多地方見到地?zé)岚l(fā)電站，為人類提供更多的清潔能源。
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