2018年08月17日 星期五
地质云 :English | 公务邮箱
中国矿业报订阅

沉睡的宝贝——干热岩

2018-2-9 8:54:21 来源:中国矿业报 作者:蔺文静 孙 猛 习宇飞

《世界能源中国展望》显示,到2020年,能源供需缺口将达到7.39亿吨标准煤。随着传统化石能源供给减少,届时每年约10亿~15亿吨标准煤的资源量将由非化石能源提供。

在这种形势下,一种沉睡于我们脚下、储量巨大的清洁能源——干热岩,进入了我们的视野。

无处不在:干热岩就在我们脚下

我们赖以生存的地球蕴含着巨大的能量,地心温度高达6000℃。地球通过火山、地震、地热等方式源源不断地释放着内部能量。我们所熟悉的温泉正是地球比较温和地释放能量的方式,属于地热资源的一种。

干热岩是深埋地下、没有或极少量含有水或蒸汽的热岩体,属于另一种地热资源。从理论上来讲,从地球表面向内部延伸,温度会逐渐增加。任何区域达到一定深度,内部高温都足以开发干热岩。

可以说,干热岩是无处不在的自然资源,是可再生能源的主力军。

无与伦比:干热岩资源量巨大

然而,地球内部的地热能并非我们都能开采。由于当前技术条件有限,干热岩型地热资源专指埋深较浅(3千米~10千米)、温度较高(>150℃)、具有经济开发价值的热岩体。据保守估计,地壳浅部干热岩(3千米~10千米)所蕴含的能量相当于全球所有石油、天然气和煤炭能量的30倍。

羊八井地热资源

有关数据显示,中国大陆(3千米~10千米)干热岩地热资源总量为2.5×1025J,相当于860万亿吨标准煤,按2%的可开采资源量计算,相当于我国2016年能源消耗总量的3927倍。

同时,地热发电生命周期内二氧化碳的排放量比太阳能发电还要低,是燃煤发电二氧化碳排放量的1/60,天然气发电二氧化碳排放量的1/30。所以,开发这种巨大的清洁型能源,不仅可以改变当前社会能源结构,还可以遏制污染排放,还一片碧海云天。

科学视角:干热岩的优选开采区域

虽然干热岩无处不在,但受限于当前的技术和成本,开发埋深较浅、温度较高地区的干热岩具有更高的经济价值。因此,干热岩开发多着眼于新的火山活动区或地壳较薄的区域。这些地区由于位于全球板块或构造地体的边缘,活动剧烈,是地球释放内部能量的主要区域,地热资源十分丰富。

我国的青藏高原是现阶段世界上构造活动最为强烈的地区之一,珠穆朗玛峰在逐年升高,此处的地热资源非常可观。著名的羊八井地热田就位于青藏高原地区。我国滇西地区及台湾中央山脉两侧,分别处于印度板块与欧亚板块、欧亚板块与菲律宾板块的边界及相邻地区,均是当今世界上地质活动最强烈的地区之一,是我国未来干热岩开发的优选地段。

此外,我国东北地区、华北平原、东南沿海地区、西北地区也具有丰富的地热资源,具有很大的开发潜力。

循环利用:干热岩的开采模式

干热岩是高温、密实且极少量含有水或蒸汽的岩体,对干热岩资源的开采从本质上说就是提取其中的热。开采所应用的具体工程技术为增强型地热系统(enhanced geothermal system,以下简称为EGS)。

EGS是从干热岩中经济地开采出深层热能的封闭循环人工地热系统,先通过深井将高压水注入到深部干热岩中,高压水使干热岩缝隙增大并进入其中吸收地热能增温变成高温水,然后岩石缝隙中的高温水、汽经由另外的专用深井被提取到地面,通过地面装置用于发电及综合利用,而冷却后的水再次通过高压泵注入地下以循环使用。

高效利用:干热岩的利用原则

对于干热岩的利用,实际上就是利用高热量的水或蒸汽中的能量。所以,遵循地热梯级利用原则,根据热水或蒸汽的不同温度逐级利用,更能达到充分、高效的目的。

关于干热岩的利用,一般来说,200℃~400℃可以直接发电及综合利用;150℃~200℃主要用于双循环发电、制冷、工业干燥以及工业热加工;100℃~150℃主要用于双循环发电、供暖、制冷、工业干燥、脱水加工、回收盐类等;50℃~100℃一般用于供暖、温室、家庭用热水、工业干燥;20℃~50℃一般用于沐浴、水产养殖、牲畜饲养、土壤加温,脱水加工。

综观全局:国外干热岩项目研究现状

美国位于新墨西哥州的芬顿山干热岩项目是世界上第一次利用干热岩资源的项目。该项目开始于1974年,最初由美国政府资助,后来多国参与进行了开创性的工程研究。芬顿山干热岩项目验证了人工干预下开采干热岩热量是可行的,为地热能的开发研究揭示了美好的前景。

青海贵德干热岩钻探工程

受芬顿山项目成果的鼓舞,各国开始了一系列干热岩研究。干热岩项目需要庞大的人力物力支持,英、法、德等国联合开展了Soultz项目,于2010年建成了世界上第一个EGS示范电站,装机容量为1.5兆瓦。

干热岩作为储量巨大的清洁能源,具有广阔的开发前景。根据85%的估计概率,到2050年将有超过7000万千瓦的EGS。为实现干热岩资源的广泛利用,各国加大了对EGS的科研、资金投入,以期在未来新兴能源市场上占得先机。

展望未来:我国干热岩项目研究现状

目前,我国干热岩资源开发及其技术研究尚属起步阶段,许多能源专家和地质工作者认识到该领域的重要性并为此做出了努力。2010年,国土资源部启动了公益性科研项目“中国干热岩勘查关键技术研究”,主要进行干热岩高温钻探技术方面的研究。

2011年,中国地质调查局开展中国陆区干热岩资源潜力评估,系统评价了中国大陆干热岩资源。2012年,吉林大学、清华大学、中国科学院广州能源研究所先进能源系统实验室承担了国家高技术研究发展计划(863计划)项目“干热岩热能开发与综合利用关键技术研究”,开启了国内专门针对干热岩工程的研究。

2014年,青海省地质勘查人员在共和盆地成功钻探揭露温度高达153℃的干热岩,这是我国首次发现大规模干热岩资源。

2016年,中国地质大学(北京)在干热岩发电技术方面获得了突破,研发成功一种可规模化应用的新型热能直接发电技术,可以不需要经过机械能的转换直接将热能转换成电能。

我国干热岩的科研、开发与应用正在逐步、有序开展,相信未来会取得更大的科学成就。□

(摘自地质调查科普网)

返回新闻