什么是超临界地热发电？

什么是超临界地热发电？

2025/05/21

政府制定了到 2030 年通过地热发电提供全部电力的 1% 的目标，地热发电可以不受天气影响、每天 24 小时稳定运行。但是，虽然 2030 年装机容量目标为 15 GW（吉瓦），但截至 2024 年 5 月的装机容量约为 06 GW。因此，超临界地热发电被视为一种很有前景的新能源。我们采访了可再生能源研究中心的职业研究员Hiroshi Asanuma，了解超临界地热发电研究的现状、实际应用的挑战以及未来的前景。

什么是超临界地热发电

地热发电与超临界地热发电的区别

　在解释超临界地热发电之前，我想先解释一下地热能和地热能的区别。

　地热是指位于地下约100米的热能。在日本，地下20米到100米的地方温度稳定在10到25摄氏度左右，利用地热的特性，可以夏天用于空调，冬天用于取暖。 （AIST 杂志“什么是地热？」）

　另一方面，地热能是来自地球深处高温岩浆的热能。地热发电利用该技术，通过从岩浆热量加热的地下水（200至350摄氏度）中提取蒸汽来发电。 （AIST 杂志“什么是地热发电？」）

　在使用能源时，有一个区别，地热利用的是相对较浅的区域，温度较低，而地热利用的是较深的区域，温度较高。使用方法也不同，地热适合空调，地热适合发电。

　

　日本是世界第三大地热能资源丰富的国家，地热发电利用潜力极大。然而，目前已安装的地热发电设施的发电量约为06吉瓦，考虑到其占资源量的比例，仍处于很低的水平。为了改善这一状况，并进一步利用地热发电作为一种可以全天24小时稳定运行而不受天气影响的纯家用能源，政府制定了到2030年将装机容量提高到15吉瓦的目标。

　为了实现这一目标，超临界地热发电作为一种可以大幅增加地热发电量的创新技术而备受关注。

超临界地热发电机理及基本概念

　超临界地热发电是一种利用位于地下约3至5公里处的岩浆衍生流体的技术，其深度比传统地热发电中使用的地热储层更深。该技术的核心是能够利用位于极高温度和压力环境中的地热资源来提取更多的能源。

　流体被认为在极高温度和高压条件下处于超临界状态。物质能够区分液态和气态的临界温度和压力称为临界点，而不再可能区分液态和气态的状态称为超临界态。超临界地热发电有望通过提取超临界状态的纯水并在发电涡轮机中转动流体来比传统地热发电更有效地提取能量。

　

　超临界地热发电正在世界地热发达国家蓬勃发展。日本、新西兰等地处大洋板块“俯冲带”的地区，大洋板块俯冲时，边界处会产生岩浆。它每年都会上升几厘米。例如，在东北地区，上升在距离地球表面约3公里至6公里处停止，温度持续下降约100万年。传统的地热发电利用这种冷却的岩浆作为热源，但最近的研究表明，在这种岩浆的顶部有一个上升到接近地面的区域，储存着高温高压的流体。

超临界地热发电实际应用的努力与挑战

超临界地热资源及其特征

　超临界地热发电备受关注的原因之一是它能够实现大量发电。

　人们认为许多火山下方存在超临界地热资源。这是因为火山喷发需要岩浆，而且火山周围极有可能存在超临界地热资源。特别是，人们认为，过去100万年内喷发的火山下方极有可能存在超临界地热资源。

　假设日本的一座火山能够发电100MW（兆瓦），那么发电能力可能达到数GW甚至更多。在世界上火山最多的国家之一的日本，据计算，发电量可比目前增加10倍以上。如果使用量的提高和发电方式的平衡发生变化，不仅将极大地有助于实现脱碳社会，而且还将带来更强的能源安全。能够确保我们自己国家所需的能源是非常有意义的。与太阳能、风能等其他清洁能源不同，地热发电可以稳定发电，不受时间或天气条件的影响。因此，它可以用作基本负载电源也是有吸引力的。超临界地热发电被认为是解决未来能源问题的一种极其有前途的手段。

环境影响和缺点

　另一方面，众所周知，开发超临界地热发电的过程可能会向大气中释放高度腐蚀性的蒸汽。尽管通过适当的管理可以最大限度地减少这种蒸汽对大气的影响，但管道腐蚀等风险仍然存在。

　此外，在包括地热发电在内的地下开发中，有人指出，如果向地下注入水，则存在引发地震的风险。然而，作为超临界地热发电目标的地下条件，其温度和压力使得地震难以发生，因此如果保持地下平衡，这种风险被认为是极低的。

　在超临界地热发电开发中，地下情况还存在很多不确定性，因此实际挖掘并确认资源的存在非常重要。此外，为了实现商业发电，需要开发能够处理高腐蚀性蒸汽的材料和技术。目前地热发电厂使用的材料在几年后就会变质，因此需要开发新材料、涡轮机和发电技术。

AIST 的举措和未来展望

产业技术研究院超临界地热发电研究

　AIST 在超临界地热项目中的作用主要是探索地下条件，根据获得的数据创建模型，并估计地热系统和水库。

　超临界地热研究涉及的领域非常广泛。当前，各种问题错综复杂地交织在一起，需要从地上发电系统的设计到地下勘探和模拟的方方面面。我们将这个项目称为“地热阿波罗计划”，AIST、大学和企业正在全日本范围内合作开展研究。

在 AIST，福岛可再生能源研究所 (FREA) 和日本地质调查局 (GSJ) 密切合作进行研究和开发。今后我们还需要进行试钻探和各种检查，并对国内的资源量进行详细的评估。我们正在准备由AIST负责评估到2030年左右是否可以实现商业发电，通过测量资源量、估算每个点的发电量、解决化学问题等措施进行综合研究。

超临界地热发电带来的未来

　目前，估计日本拥有约23吉瓦的常规地热资源。据环境部估计，2050年可发电量约为36吉瓦。日本总发电量超过300吉瓦，如果保持现在的情况，地热发电的比例将维持在1%左右。

　然而，通过引入超临界地热发电，这一目标将显着提高。如果实现，这项技术可以取代目前所有的燃煤发电。其脱碳效果非常大，可以预见地热发电将作为国产能源发挥重要作用。我们正在进行研究和开发，目标是从 2050 年起地热发电的存在为能源行业带来创新。

　短期内，我们知道推进超临界地热发电的研发将对常规地热发电产生显着的积极影响。了解超临界地热能的构造和功能也将提高传统地热发电的可持续性和扩展潜力。

　AIST 还致力于利用人工智能进行勘探，以便有效评估全国有前景的地热地点的资源量。预计超临界地热发电投入实际应用大约需要25年的时间，在此期间人力资源的开发和知识的传承将是重要问题。 NEDO课程由AIST和东北大学共同实施，为企业提供在线讲座，旨在传播超临界地热能知识。

　实现超临界地热能需要全社会的理解与合作。因此，我们将继续开展活动，旨在广泛分享我们的研究成果，让更多人了解地热发电的可能性。