“Quaise正在开发全新的地热钻井技术”

0.1%的地热能满足200万年能源需求

地球深处的裂变反应会产生大量的热量。地球的核心温度为6000℃，仅地球热量的0.1%就可以满足我们200万年的所有能源需求。然而，获取地热并不容易。地球上有史以来挖出的最深的洞是科拉超深钻孔。这个深达12公里的地下洞耗时20年才钻出。

钻井达到临界蒸汽条件能高效发电

越深入地下，温度就越高。温度每公里上升约 30 度。当蒸汽达到约374℃，压力达到22兆帕时，它就会变成超临界蒸汽。超临界蒸汽能够高效地驱动蒸汽涡轮机。地热发电厂一旦建成并运行，其运营成本就会非常低。问题是，在大多数地方，以目前的钻井技术，达到可以产生超临界蒸汽的深度基本上是不可能的，因为钻井成本会随着深度的增加而成倍增加。地热发电厂的成本中有50%来自钻井过程。

6km的钻孔成本2700万

要建造一口地热井，至少需要钻两个钻孔。钻两个深度为3公里的地热井需要600万美元，而将钻孔深度增加一倍至6公里则需要2700万美元。因为钻得越深，极端条件就越不利于机械作业。热量会损坏钻头，岩石也变得更难钻穿，因此进度开始变慢，钻头断裂的频率也更高。而且钻得越深，更换钻头就越困难。另外，钻得越深，孔就越不稳定。钻孔需要用钢管和混凝土加固，而深度越深，加固难度就越大，成本也就越高。如果钻孔塌陷，整个钻具组都可能被困住，需要重新钻一个孔。

Quaise公司正在尝试使用电磁波蒸发岩石的方法

总部位于德克萨斯州休斯顿的初创公司Quaise Energy，正在尝试新的钻井方法。他们参考核聚变反应堆的技术，通过使用极高功率的高频电磁波来蒸发岩石。避免了接触岩石表面。他们开发了名为Gyrotron的设备，将聚变等离子体加热到在反应堆的磁性遏制范围内实现聚变所需的绝对疯狂的温度。

新方法的工作原理

真空中产生的电子束被加速并穿过一个非常强大的磁场。在这里，电子开始围绕磁场线旋转并达到共振模式，使电子能够发射大量的电磁辐射，然后并引导到需要的地方。Quaise将这项技术集成到现有的钻井设备中。高功率毫米波通过导管传输到岩石表面，在那里它首先熔化然后蒸发岩石。氮气吹扫气体不断流入管道以提取蒸发的岩石。

直径8英寸的孔，需要1兆瓦的功率

核聚变工业和Quaise使用的回旋管之间的区别在于，Quaise是将回旋管用作热源，不需要精确的波段，不像核聚变一样需要非常精确地击中托卡马克，击中等离子体。这让Quaise可以在设计回旋管时拥有更大的灵活性。目前要钻四英寸的孔需要使用一百千瓦的回旋管。如果钻孔直径扩大一倍，需要的功率需要增加10倍，达到1兆瓦。

目标速度是1m/h

Quaise的目标是能够以每小时一米的穿透率钻一个八英寸半的孔。按照这个速度，需要41天的持续钻探和1000兆瓦时的电力就能能打出1公里的孔。假设每兆瓦 75 美元的价格，仅电力一项就需要75000美元。这比传统的钻孔方案要快速且经济得多。但这些只是他们的目标，真正的问题是它能否在现实条件下以合理的成本做到这一点。

验证不同的岩石及设备参数

Quaise在实验室测试了不同的岩石、不同的吹扫气体速率、波导与岩石表面之间的不同距离。通过测试各种不同样本，他们实际上是在测试参数，以便钻出一个非常好的孔和一个非常长的孔。岩石的类型也会影响效果，玄武岩可以钻得更快。花岗岩中含有更多的石英因为它会反射毫米波。

本月开始第一次户外钻井测试

Quaise仍有太多的挑战需要克服，包括钻探过程中的水汽问题。他们本月开始了第一次户外钻井测试。在实验室验证是一回事，让样的高科技设备在恶劣的施工现场条件下可靠地运行是另一回事。他们不仅要怎么方案在现实世界中是可行的，还要证明最终的成本是有优势的。如果Quaise能够降低钻探地热井的成本，就可以直接在发电厂旁边钻井，从地底下取出超临界蒸汽来保持涡轮机运转。正能彻底改造以前的化石燃料发电厂，引发我们摆脱化石燃料的根本性加速。