新加坡:离新加坡唯一的温泉公园一箭之遥的地方，有一块不起眼的空地，隐藏着地下的能量储存。
钻到草和土壤表面下，你会发现被称为辛邦花岗岩的岩石，温度高到可以煮鸡蛋。
越往深处，温度就越高，这就增加了更多利用热能的可能性。
南洋理工大学(NTU)和慕尼黑工业大学的多学科研究平台TUMCREATE的研究人员与基础设施咨询公司Surbana Jurong合作，在一项开创性的研究中详细介绍了这些发现。
在一个花费了两年多时间完成的项目中，该团队于2020年开始寻找新加坡将地热能作为清洁能源的潜力，以满足日常需求。
地热能是指可以作为可再生能源加以利用的来自地球的热量。由于缺乏传统的地热资源和土地面积小，该项目此前被认为在新加坡不具有商业可行性。
地热能的使用将比燃烧化石燃料产生更少的排放，新加坡目前主要依赖化石燃料来满足其能源需求。
新加坡约95%的电力来自燃烧天然气，这是最清洁的化石燃料。
与化石燃料不同，地下地热资源可以持续数十年，可以减少新加坡对其他国家天然气的依赖。
本月早些时候，该团队的一些成员——包括10到15名研究人员——与CNA坐下来详细介绍了这项研究的过程，他们最大的收获和面临的挑战。
这个团队由来自南洋理工大学能源研究所和TUMCREATE的科学家组成，他们还给CNA上了一堂地热能速成课——新加坡对地热能的研究尚处于起步阶段。
钻探至1.1千米深
在寻找地下热能的过程中，研究人员首先在三巴旺温泉(Sembawang Hot Springs)和德公岛(Pulau Tekong)发现了潜在的地热资源。德公岛目前被军方使用。
根据早期的一项研究，新加坡三巴旺唯一的天然温泉位于新邦花岗岩岩体中，该岩体具有高度集中的天然产热元素。花岗岩覆盖了新加坡四分之一到三分之一的面积。
在收集了新加坡各个钻孔的温度数据后，科学家团队绘制了一张浅层温度图，并最终在离三巴旺温泉约2.5公里的Admiralty Lane地点落户。
“在新加坡北部，那里有温泉，浅层温度比新加坡其他地区要高。南洋理工大学高级研究员Hendrik Tjiawi说:“主要基于这些数据集，我们决定将精力集中在该地区。”
在那里，该团队取得了一个里程碑式的成就，钻探到以前从未探测过的1.1公里深度，通过一个小洞提取了辛邦花岗岩的岩心样本。
这比地下60米左右的污水管道、地下43米的捷运隧道、地下150米的裕廊岩洞等民用基础设施更深入地下。
科学家们发现的是足够热的岩石，可以煮一个半熟的鸡蛋。根据数据外推和建模，研究小组计算出该地点在4至5公里深处的温度可能在200摄氏度左右或更高。
这个温度足以产生电力和氢气，比在其他非火山地区的相同深度发现的其他岩石要热。
关于热量的来源，研究人员指向了地核，更令人惊讶的是，指向了岩石本身。
辛邦花岗岩含有产热元素——指的是自然产生热量的元素——比其他岩石含有更多的产热元素。
它也有很高的热流，这是储存和传递热量的能力。研究小组表示，新邦花岗岩的热流是全球平均水平的两倍，不包括火山附近的花岗岩。
利用地下热能作为能源
地热能可以通过一个闭环系统从地下利用，在这个系统中，从地表进入地下管道的水被岩石加热。水被推回到地面，当热水沸腾成蒸汽时，它可以为涡轮机或发电机提供动力。
研究工程师Anurag Chidire是研究该系统可行性的科学家之一，该系统将适用于新加坡，并在考虑成本，社会和环境影响的情况下找到最佳的热量利用。
对于一个缺乏自然资源的国家来说，在奇迪尔看来，地热能代表着一个很有希望的机会，让新加坡最终拥有自己的碳排放最少的可持续能源。
来自TUMCREATE能源和电力系统集团的Chidire先生表示，地热发电厂的碳排放将来自场地的准备和建设，而不是工厂的运营。
根据他的计算，为工厂带来材料的碳足迹仍然比燃烧天然气要少得多。
这一发现也给了他希望，在寻找自己的能源来源时，新加坡将不再被称为“资源匮乏国家”或没有任何可再生资源的国家。
Chidire先生赞同首席科学家Tobias Massier的观点，即地热能源有可能满足新加坡的部分冷却需求。马西尔博士表示，每生产千兆瓦的地热发电，可以满足新加坡目前12%的制冷需求。
建筑中大约60%的能源消耗用于空调。在新加坡，30%的电力消耗用于制冷。
新加坡地下景观的新数据
除了地热能源的潜力，从研究中获得的数据还为新加坡的地下景观提供了新的见解。
对于该项目的联合研究者吴伟副教授来说，这项研究为他提供了一个机会，满足了他对新加坡地质的好奇心。
“我们所有的(信息)可能只是在200米深处……这影响了未来的发展，因为在新加坡，我们在地下规划了多层，”南洋理工大学能源研究所地热部门主管表示。
除了有限的地下温度测量，在该国的西部、东部和南部没有深钻孔和温度测量。然而，当时间到来时，吴副教授对他的发现感到惊讶。他原以为会发现致密的高质量花岗岩，但在Admiralty Lane发现的却是破碎的花岗岩。
第二个令人惊讶的是，与三巴旺温泉不同，钻孔没有产生压力水，这表明地下温度更高。
当地下水与地下的热岩接触时，就形成了温泉。水被加热到高温，高压使水通过裂缝向上渗透，迫使自己从地下到地表。
然而，研究地点并没有发生这种情况，这意味着下一个钻探区域应该更靠近三巴旺温泉，吴副教授说。
南洋理工大学研究员Jonathan Poh表示，该项目是他完成博士学业后的第一份工作。
“考虑到我是一名训练有素的地质学家，我专注于矿产资源，找到一份与我的学科接近的工作是非常非常罕见的，尤其是在新加坡。”
Poh博士对一小块岩石样本进行了实验，将其粉碎并磨碎以测量其元素浓度。这是为了找出样品中产生热量的元素的数量，如钾、钍和铀。
他参与了利用从钻井中获得的数据点对数据进行数值模拟的工作。
“我对整个井眼长度进行了测量，所以我有很多数据点。当然，你可以试着用一定程度的信心来推断它。
“也许这一趋势表明那里可能有更多的新邦花岗岩，但要真正知道，确认那里是否有新邦花岗岩，你要么必须钻探，要么采用一些非侵入性方法来确定岩石的厚度。”
虽然该团队的目标是钻到1.5公里，但由于岩石条件恶劣和设备的技术限制，他们无法超过1.1公里。
亨德里克博士指出，该团队使用的机器从一个较小的钻孔开始，这限制了它可以钻到的深度。
他说:“当钻孔直径较小(小井眼)时，在某些岩石较弱的地方，我们将努力继续钻得更深，而不会增加失去钻孔的风险，因为岩石会不断塌陷到钻孔中。”
这位负责管理预算和协调团队的高级研究员说，这些结果很有希望发展到更昂贵的设备，可以从更大的钻孔开始，到达更低的深度。
从零开始
新加坡的岩石可能有高热流的想法在2000年代末开始出现，并困扰了亨德里克博士十多年。
他说，由于没有自己的数据，新加坡只能利用邻国的统计数据。
“我们认为新加坡可能有很高的热流。这种想法，加上温泉的存在，启动了新加坡的地热研究项目。
“从2009年开始，直到最近的2023年，高热流一直是一个猜测，我们从测量中知道新加坡金钟确实有高热流。这对我来说是令人兴奋的。”
即便如此，该项目在2020年10月开始时也遇到了困难。首席科学家亚历山德罗·罗马诺里发现，该地区缺乏地热研究和人才，甚至很难开始。
“我们必须从地下开采地热能，新加坡以前没有地热研究。“很难找到愿意从事这个项目的人，”南洋理工大学能源研究所(NTU’s Energy Research Institute)多能系统和电网集群主任罗马诺里教授说。
“从一开始就付出了很大的努力。基本上是从零开始组建一个最终能够交付项目的团队，这本身就很有挑战性，对吧?这是第一次。”
即使汇集了合适的专业知识，其成员也必须找到有能力进行深钻的承包商。到2022年10月，Admiralty Lane的实际钻井开始了。钻井工作于今年3月完成。今年6月在甘巴斯大道另一个场址开始了同样的进程，目前仍在进行中。
但漫长的过程是值得的。罗马诺里教授说，这项研究的发现及其引起的关注“出乎意料”。
这些发现为进一步研究利用地热能作为潜在能源提供了基础，研究小组建议除了钻探到更深的深度外，还要进行更多的地球物理调查。
这些将提供更多的数据来评估新加坡深层地下岩石中储存的热量总量、热量传递的速度以及它可能支持的发电量。
到目前为止，结果已与能源市场管理局分享，该管理局已要求提出一项非侵入性地球物理研究，以评估深达10公里的发电潜力。
罗马诺里教授还认为，这项研究是一个提高公众意识、进行教育并消除对地热能误解的机会。
“所以获得这种能见度是很重要的。因为我们不想停止这个项目。我们真的想把这个标准推得更高。”
