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      來自地球母親的溫暖——干熱巖
      來源:中國地質調查局科普辦公室 作者:馬峰 王貴玲 時間:2018/5/30 10:14:52 瀏覽:2847

      近日,中國地質調查局在松遼盆地實施的科學鉆探突破7018米,鉆穿了白堊紀底層。在地層4400-7018米的深度地層范圍內發現了1500C~2410C高溫干熱巖體和2層高放射性異常巖層,揭示了松遼盆地具有良好的地熱開發應用潛力。

      眾所周知,人們腳下的地球內部蘊含著巨大的能量,地心溫度高達約6000℃。地球通過火山、地震、地熱等方式源源不斷地釋放著內部能量。干熱巖(Hot Dry Rock,HDR)則是地球內部熱能的一種賦存介質,自20世紀70年代美國 Los Alamos國家實驗室提出干熱巖地熱能的概念以來,干熱巖的定義也在不斷發展,目前比較得到認同的概念是干熱巖是一種不含水和蒸氣、埋深3~10千米、溫度為150~650℃的致密熱巖體。

      另外考慮其客觀性、科學性、可行性和經濟型,干熱巖的基本含義可分為廣義干熱巖和狹義干熱巖兩類。廣義干熱巖認為是流體含量很少、溫度為150~400℃的儲熱巖石。狹義干熱巖必須考慮地熱能發電的經濟性和可行性,主要指流體含量少、埋深為3~8千米、溫度為200~350℃的儲熱巖石。其巖性主要是各種變質巖或結晶巖體,較常見的干熱巖體有黑云母片麻巖、花崗巖、花崗閃長巖等。

      干熱巖潛力有多大?

      通俗來講,干熱巖資源就是存在于巖石中的熱量,人們通常通過溫度對干熱巖體中的資源量進行評估,那么巖石中賦存的熱量究竟有多大?以一個邊長為1km溫度為200℃的高溫巖體為例,其溫度下降10℃所釋放的熱量可實現發電約為1000萬MWh,可滿足2000萬平米一年的建筑供暖需求。

      在地下達到一定的深度以后,這樣的高溫巖體無處不在,可以說干熱巖資源的潛力是巨大的。目前限制干熱巖開發主要是技術問題,但就現階段來看,由于技術和手段等限制,能被人類所揭露及開發利用的干熱巖資源主要集中在埋深較淺、溫度較高、有開發經濟價值的地下熱巖體。

      據保守估計,地殼中干熱巖(通常指3~10千米深處)所蘊含的能量相當于全球所有石油、天然氣和煤炭所蘊藏能量的30倍。中國地質調查局的評價數據顯示,中國大陸3~10千米深處的干熱巖資源總量為2.5×1025 J(合860萬億噸標煤),若能開采出2%,就相當于我國2010年全國一次性能耗總量(32.5億噸標煤)的5300倍。

      中國科學院地質及地球物理研究所也對我國大陸3~10千米深處的干熱巖資源進行了評價,得出的結論是2.09×1025 J,相當于715萬億噸標煤,若能采出2%,則相當于中國2010年能源消耗總量的4400倍。相近的數字,印證了我國干熱巖地熱資源的開發利用前景。

      干熱巖開發的關鍵技術

      干熱巖資源的開發主要利用增強型地熱系統(EnhancedGeothermal System,EGS)來提取其內部的熱量。增強型地熱系統通過水力壓裂等工程手段,在地下深部低滲透性干熱巖體中形成人工地熱儲層,從中長期經濟地采出相當數量熱能的人工地熱系統。其原理是從地表往深埋地下的干熱巖體中打一眼井(回灌井),封閉井孔后向井中高壓注入溫度較低的水產生高的壓力,在巖體致密無裂隙的情況下, 高壓水會使巖體大致垂直最小地應力的方向產生許多裂縫。

      若巖體中本來就有少量的天然節理,這些高壓水會使之擴充成為更大的裂縫。隨著低溫水的不斷注入,裂縫不斷增加、擴大、相互連通,最終形成一個大致呈面狀的人工地熱儲層。在距回灌井合理的位置處鉆幾口井并貫通人工地熱儲層,這些井用來回收高溫水、汽,稱之為生產井。注入的水沿著裂隙運動并與周邊的巖石發生熱交換,產生了高溫高壓水或水汽混合物。從貫通人工地熱儲層的生產井中提取高溫蒸汽到地面后,通過熱交換及地面循環裝置用于發電和綜合利用。利用之后的溫水又通過回灌井注入到地下干熱巖體中, 從而達到循環利用的目的。

      干熱巖的未來

      干熱巖是地熱能的未來。在目前的節能減排和能源結構調整中,對于干熱巖地熱資源的開發極有可能成為“黑馬”,發揮意想不到的作用。


      干熱巖相對于其他能源具備以下優勢:

      1.資源量巨大、分布廣泛。(初步估算,我國陸區3-10千米深處干熱巖資源為860萬億噸標準煤燃燒所釋放的能量);

      2.幾乎為零排放。(無廢氣和其他流體或固體廢棄物,可維持對環境最低水平的影響);

      3.開發系統安全。(沒有爆炸危險,更不會引起災難性事故或傷害性污染);

      4.熱能連續性好。(在可再生能源中,只有EGS可以提供不間斷的電力供應,不受季節、氣候、晝夜等自然條件的影響);

      5.經濟實惠(商業價值可觀)。

      隨著干熱巖開發技術的不斷成熟以及深部地熱開采成本的不斷下降,相信在不就的將來,這種無處不在的能源可被人們大量利用,造福人類。







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