中国储量可用4千年!或将改变世界能源格局:干热岩究竟是什么?

发布日期:2021-09-15 11:12    点击次数:51

2018年5月31日,新华网报道,中国地质调查局在松辽盆地科学钻探时发现在4400米~7018米深度地层发现了高温干热岩,揭示了松辽盆地未来得热开发的应用前景。

图片

中国科学院地质及地球物理研究所对我古国大陆地区3~10千米地层内的干热岩资源进行统计与评估,我国干热岩资源能量超过2.5×10^25 J,相当于856万亿吨标准煤,只要能利用2%,那么按我国2015年时的能源消耗,也将可以使用4400年!

图片

高温干热岩究竟是什么?

高温干热岩其实就是地热资源的一种,在地球的内核就是一个温度高达6000℃,直径数千公里的地核,由内而外,温度逐渐降低,从地核无比坚硬却仍能流动的状态到地幔的熔融态,再到软流层,再到比较高温度的地壳深处,最后到常温的地表!

图片

所以只要能往下挖,到处都是所谓的“干热岩”,不怕你用不掉,就怕你嫌太热!但有一个问题,这些干热岩所在的区域普遍都很深,比如超过几十千米,但人类最优秀的钻探技术也难以深入10千米以下,而且成本极大,需要数年如一日的钻探,比如前苏联的科拉深钻孔,12262米,全球最深的参数井!

图片

科拉深钻孔歪歪扭扭的孔

干热岩和地热资源有什么不一样?

能够利用的干热岩要求是温度高于180℃,埋藏在几千米以内,内部不存在流体或者仅仅存在少量的流体的高温岩体,最早美国的洛斯阿拉莫斯国家实验室提出了利用干热岩地热能的概念。

图片

这不就是所谓的地热资源么,用得着那么兴奋与大惊小怪?其实干热岩和地热资源不一样,我们日常理解的那种地热是直接喷出热水,比如羊八井地热能发电站,还有冰岛遍地的地热能,当然除了地热外还有无处不在的温泉,冰天雪地里泡温泉,伸手在岸边玩冰雪都是大家的梦想!

图片

这是地下水穿过高温熔岩附近被加热后通过裂隙到达地面附近而喷出地面,形成间歇喷泉或者地热涌泉,这些地热资源稍加改造即可直接发电,上文中冰岛的地热资源基本提供了全冰岛的电力,所以冰岛的清洁能源比例是全球最高的!

图片

但我们必须要正视一个现实,冰岛的清洁能源利用是不可复制的,因为大西洋中脊穿过冰岛,在洋中脊下方是地幔柱,用不完的地热源源不断地向地表输送,但其他国家没有这样的条件,比如我国地热资源就非常贫乏,当然这也不是坏事,比如日本就比我国地热资源要更多,但他们天天地震,还是算了,地热少点也好!

图片

图片

洋中脊穿过冰岛下方

干热岩资源,中国并不少

干热岩也是地热资源,但却不是能涌出热水、喷出蒸汽的地热资源,它只是在地下很热因此要将它的热能弄出地面,方法也很简单,向干热岩钻一个孔,然后灌入水,加热到高温后再提取已经处在高温高压但仍未沸腾的水到地表,再沸腾成蒸汽或者再加热水形成水蒸气推动蒸汽轮机发电!

图片

当然挖一口井明显是不现实的,当前比较流行的技术是相隔一段距离打入两口井,然后利用水力压裂技术,将高压水注入地下,压裂岩层,在两个井之间形成裂隙通道,一个井注水,另一个井提取热水或者蒸汽!

图片

高温干热岩真能改变世界能源格局?

干热岩资源几乎到处都是,甚至在很多不符合所谓“地热资源”的区域也能利用,蕴藏量极大,应用前景非常广泛!那么它真的能改变未来的能源格局?

图片

事实上是否定的,因为干热岩资源尽管前景非常广阔,但也存在难以利用的难题,比如法国在苏尔士的地热项目总计投入近百亿欧元,但现在总装机容量仅为2000千瓦,也就是只能提供给一个小型企业的用电量而已!

图片

法国苏尔士干热岩资源利用项目

并且电站自身还得用掉200千瓦,因为需要将水泵入地下岩层,也有自身用电的消耗等等,供给外部的只有1000多千瓦!而原因则是地下压裂中水资源损失太大,泵入地下的水很大一部分都不知道跑哪去了,另外还有更大的问题则是热管中非常容易沉积水垢,很快管子就堵住没法用了!

图片

另一个严重问题,干热岩的温度下降,因为干热岩没有稳定的热量提供,用一点少一点,所以泵入大量的水热交换后这个区域的干热岩资源可能就会枯竭,不得不再启用另一口井!

图片

还有一个更严重的问题是和页岩油开采遭遇的问题类似,水力压裂注入大量的水,如果刚好处在断层附近,则水的流失会导致地震频发的结果,比如美国西部就因为页岩油开采小型人工诱发型地震数量急剧上升。尽管没有大地震,但请问住在附近的居民慌不慌?

图片

页岩油开采导致地震示意图

未来的展望

干热岩资源前景广阔,却难以利用,简直就是守着一个宝库却不得门而入,不过近几年来的技术发展也让这个技术变得更为现实,比如现在投入使用的重力热管技术,管道通过地下干热岩体,工质水不会流失,直接出口就是蒸汽,利用率更高,还无需压裂技术,成本大大降低!

图片

另一个利用方向则是供热,因为水变成蒸汽,然后推动蒸汽轮机,再冷凝成水的过程热量实在非常浪费,因此直接加热水变成整个城市供热,那么将会避免消耗大量的电力和煤炭取暖,也是利用清洁能源的一种方式!

图片

图片

当然对于大型干热岩资源地区,还是将其转换为电力更为亲民一些,毕竟电的用途更大!