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1概述

岩漿發電,其本質是地熱發電。只不過和普通地熱發電有形式上的差異。
隨著世界經濟的不斷增長,能源的消耗也越來越大,化石燃料的大量使用帶來了嚴重的環境污染和生態破壞,資源量也日益減少。開發潔凈的可再生能源成了可持續發展的迫切需要。作為替代能源之一的地熱能源日益受到人們的重視。
地熱電站沒有燃料運輸設備,沒有龐大的鍋爐設備,沒有灰渣和煙氣對環境的污染,是比較清潔的能源,而且地熱發電成本較水電、火電都低。
火山爆發時噴出的高溫岩漿,蘊藏著巨大能量,如何利用地下的高溫岩漿發電,是能源科學研究的一大課題。

2岩漿的形成

岩漿岩主要有侵入和噴出兩種產出情況。侵入在地殼一定深度上的岩漿經緩慢冷卻而形成的岩石,稱為侵入岩。侵入岩固結成岩需要的時間很長。地質學家們曾做過估算,一個2000米厚的花崗岩體完全結晶大約需要64000年;岩漿噴出或者溢流到地表,冷凝形成的岩石稱為噴出岩。噴出岩由於岩漿溫度急聚降低,固結成岩時間相對較短。1米厚的玄武岩全部結晶,需要12天,10米厚需要3年,700米厚需要9000年。可見,侵入岩固結所需要的時間比噴出岩要長得多。
黏度也是岩漿很重要的性質之一,它代表著岩漿流動的狀態和程度。岩漿中SiO2的含量對黏度影響最大,其次是Al2O3,Cr2O3,它們的含量增高,岩漿黏度會明顯增大。酸性岩中SiO2,Al2O3的含量很高,因此,黏度也最大;溶解在岩漿中的揮發份可以降低岩漿的黏度、降低礦物的熔點,使岩漿容易流動,結晶時間延長;此外,岩漿的溫度高,黏度相應變小;岩漿承受的壓力加大,岩漿的黏度也增大。
岩漿岩中有一些自己特有的結構和構造特徵,比如噴出岩是在溫度、壓力驟然降低的條件下形成的,造成溶解在岩漿中的揮發份以氣體形式大量逸出,形成氣孔狀構造。當氣孔十分發育時,岩石會變得很輕,甚至可以漂在水面,形成浮岩。如果這些氣孔形成的空洞被後來的物質充填,就形成了杏仁狀構造。岩漿噴出到地表,熔岩在流動的過程中其表面常留下流動的痕迹,有時好象幾股繩子擰在一起,岩石學家稱之為流紋構造、繩狀構造。如果岩漿在水下噴發,熔岩在水的作用下會形成很多橢球體,稱之為枕狀構造。可見,這些特殊的構造只存在於岩漿岩中。
岩漿岩不論侵入到地下,還是噴出到地表,它們和周圍的岩石之間都有明顯的界限。如果岩漿沿著層理或片理等空隙侵入,常形成類似岩盆、岩床、岩蓋等形狀的侵入體,它們和圍岩的接觸面基本上和層理、片理平行,在地質學上稱為整合侵入;如果岩漿不是沿著層理或片理侵入,而是穿過圍岩層理或片理的斷裂、裂隙貫入,這種情況形成的侵入體被稱為不整合侵入體。人們通常所說的岩牆,就是穿過岩層近乎直立的板狀侵入體,厚度一般為幾十厘米到幾十米,長度可以從幾十米到數十公里,甚至數百公里。
由於岩漿岩和圍岩有很密切的接觸關係,因此,圍岩的碎塊常被帶到岩漿中,成為岩漿的捕虜體。但是生物化石和生物活動遺迹在岩漿岩中是不存在的。
在岩漿從上地幔或地殼深處沿著一定的通道上升到地殼形成侵入岩或噴出到地表形成噴出岩的過程中,由於溫度、壓力等物理化學條件的改變,岩漿的性質、化學成分、礦物成分也隨之不斷地變化,因此,在自然界中形成的岩漿岩是多種多樣、千變萬化的,如基性岩、中性岩、酸性岩,還有鹼性岩、碳酸鹽岩等岩類,也充分說明了岩漿成分的複雜多樣性

3岩漿發電現狀

美國能源部在20世紀80年代初開始進行火山岩漿發電的可行性基礎研究,並在夏威夷島基拉厄阿伊基熔岩湖設立實驗場,實驗是成功的。美國於1989年選定了用岩漿發電的發電廠址,在加利福尼亞州的隆巴列伊地區打了一口6000米的深井,利用地下岩漿發電,90年代中後期建成岩漿發電廠。計算機模擬表明,從一口井中得到的蒸汽熱能發電,可以抵得上一台5萬千瓦的發電機組。美國能源部計算后宣稱,美國的岩漿能源量可摺合為250億~2500億桶石油,比美國礦物燃料的全部蘊藏量還多。
日本也從1980年開始進行高溫火山岩發電的實驗。日本新能源開發機構成功地從3500米深處的地下高溫岩體中提取出了190℃的高溫熱水。方法是在花崗岩體中打兩口井,往其中一口井中灌入涼水,再從別一口井中抽出高溫熱水。每分鐘灌入1.1噸涼水,可連續回收0.6噸190℃的高溫水。1989年,日本新能源開發部又利用高溫岩體連續地獲得高溫熱水和蒸汽。他們在相隔35米的距離內鑽了兩口1800米的深井,以每分鐘0.5噸的流量向一口井中灌進涼水,從另一口井抽出的水就被岩體加熱到100℃以上。他們的目標是設法使涼水變成200℃的蒸汽,最終實現發電。
英國從1987年開始進行岩漿發電實驗。在英國一個溫度最高的熱岩地帶,其2000米深處的岩體溫度約100℃,在6000米深處的熱岩可以把水加熱到200℃。一口井就能產生1萬千瓦的電力,可持續用25年時間。英國計劃在1995年建成一個6兆瓦的熱岩發電廠,可滿足2萬人口小城鎮的電力需求。

4岩漿發電原理

岩漿發電的過程就是把地下熱能首先轉變為機械能,然後再把機械能轉變為電能的過程,原理和火力發電的基本原理是一樣的。所不同的是,地熱發電不像火力發電那樣需要備有龐大的鍋爐,也不需要消耗燃料,它所用的能源是地熱能。
所謂岩漿發電就是把井鑽到岩漿,直接獲取那裡的熱量。這一方式在技術上是否可行,是否能把井鑽至高溫岩漿,人們一直在研究中。到目前為止,在夏威夷進行了鑽井研究,想用噴水式鑽頭把井鑽到岩漿溫度為1020~1170℃的岩漿中,並深入岩漿29m,可就此也只是淺地表的個別情況,如果真正鑽到地下幾千米才鑽到岩漿,採用現有技術也是很難實現的。

5岩漿的溫度

酸性岩漿溫度較低。約650~850℃,基性岩漿溫度較高,1100℃左右
太陽的表面溫度有6000℃,中心溫度高達1500萬℃
岩漿的溫度<大陽表面的溫度<太陽的中心溫度
據測定,岩漿的溫度最高可達1300℃。
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