2018年5月31日,新華網報道,中國地質調查局在松遼盆地科學鉆探時發現在4400米~7018米深度地層發現了高溫干熱巖,揭示了松遼盆地未來得熱開發的應用前景。
中國科學院地質及地球物理研究所對我古國大陸地區3~10千米地層內的干熱巖資源進行統計與評估,我國干熱巖資源能量超過2.5×10^25 J,相當于856萬億噸標準煤,只要能利用2%,那么按我國2015年時的能源消耗,也將可以使用4400年!
高溫干熱巖究竟是什么?
高溫干熱巖其實就是地熱資源的一種,在地球的內核就是一個溫度高達6000℃,直徑數千公里的地核,由內而外,溫度逐漸降低,從地核無比堅硬卻仍能流動的狀態到地幔的熔融態,再到軟流層,再到比較高溫度的地殼深處,最后到常溫的地表!
所以只要能往下挖,到處都是所謂的“干熱巖”,不怕你用不掉,就怕你嫌太熱!但有一個問題,這些干熱巖所在的區域普遍都很深,比如超過幾十千米,但人類最優秀的鉆探技術也難以深入10千米以下,而且成本極大,需要數年如一日的鉆探,比如前蘇聯的科拉深鉆孔,12262米,全球最深的參數井!
科拉深鉆孔歪歪扭扭的孔
干熱巖和地熱資源有什么不一樣?
能夠利用的干熱巖要求是溫度高于180℃,埋藏在幾千米以內,內部不存在流體或者僅僅存在少量的流體的高溫巖體,最早美國的洛斯阿拉莫斯國家實驗室提出了利用干熱巖地熱能的概念。
這不就是所謂的地熱資源么,用得著那么興奮與大驚小怪?其實干熱巖和地熱資源不一樣,我們日常理解的那種地熱是直接噴出熱水,比如羊八井地熱能發電站,還有冰島遍地的地熱能,當然除了地熱外還有無處不在的溫泉,冰天雪地里泡溫泉,伸手在岸邊玩冰雪都是大家的夢想!
這是地下水穿過高溫熔巖附近被加熱后通過裂隙到達地面附近而噴出地面,形成間歇噴泉或者地熱涌泉,這些地熱資源稍加改造即可直接發電,上文中冰島的地熱資源基本提供了全冰島的電力,所以冰島的清潔能源比例是全球最高的!
但我們必須要正視一個現實,冰島的清潔能源利用是不可復制的,因為大西洋中脊穿過冰島,在洋中脊下方是地幔柱,用不完的地熱源源不斷地向地表輸送,但其他國家沒有這樣的條件,比如我國地熱資源就非常貧乏,當然這也不是壞事,比如日本就比我國地熱資源要更多,但他們天天地震,還是算了,地熱少點也好!
洋中脊穿過冰島下方
干熱巖資源,中國并不少
干熱巖也是地熱資源,但卻不是能涌出熱水、噴出蒸汽的地熱資源,它只是在地下很熱因此要將它的熱能弄出地面,方法也很簡單,向干熱巖鉆一個孔,然后灌入水,加熱到高溫后再提取已經處在高溫高壓但仍未沸騰的水到地表,再沸騰成蒸汽或者再加熱水形成水蒸氣推動蒸汽輪機發電!
當然挖一口井明顯是不現實的,當前比較流行的技術是相隔一段距離打入兩口井,然后利用水力壓裂技術,將高壓水注入地下,壓裂巖層,在兩個井之間形成裂隙通道,一個井注水,另一個井提取熱水或者蒸汽!
高溫干熱巖真能改變世界能源格局?
干熱巖資源幾乎到處都是,甚至在很多不符合所謂“地熱資源”的區域也能利用,蘊藏量極大,應用前景非常廣泛!那么它真的能改變未來的能源格局?
事實上是否定的,因為干熱巖資源盡管前景非常廣闊,但也存在難以利用的難題,比如法國在蘇爾士的地熱項目總計投入近百億歐元,但現在總裝機容量僅為2000千瓦,也就是只能提供給一個小型企業的用電量而已!
法國蘇爾士干熱巖資源利用項目
并且電站自身還得用掉200千瓦,因為需要將水泵入地下巖層,也有自身用電的消耗等等,供給外部的只有1000多千瓦!而原因則是地下壓裂中水資源損失太大,泵入地下的水很大一部分都不知道跑哪去了,另外還有更大的問題則是熱管中非常容易沉積水垢,很快管子就堵住沒法用了!
另一個嚴重問題,干熱巖的溫度下降,因為干熱巖沒有穩定的熱量提供,用一點少一點,所以泵入大量的水熱交換后這個區域的干熱巖資源可能就會枯竭,不得不再啟用另一口井!
還有一個更嚴重的問題是和頁巖油開采遭遇的問題類似,水力壓裂注入大量的水,如果剛好處在斷層附近,則水的流失會導致地震頻發的結果,比如美國西部就因為頁巖油開采小型人工誘發型地震數量急劇上升。盡管沒有大地震,但請問住在附近的居民慌不慌?
頁巖油開采導致地震示意圖
未來的展望
干熱巖資源前景廣闊,卻難以利用,簡直就是守著一個寶庫卻不得門而入,不過近幾年來的技術發展也讓這個技術變得更為現實,比如現在投入使用的重力熱管技術,管道通過地下干熱巖體,工質水不會流失,直接出口就是蒸汽,利用率更高,還無需壓裂技術,成本大大降低!
另一個利用方向則是供熱,因為水變成蒸汽,然后推動蒸汽輪機,再冷凝成水的過程熱量實在非常浪費,因此直接加熱水變成整個城市供熱,那么將會避免消耗大量的電力和煤炭取暖,也是利用清潔能源的一種方式!
當然對于大型干熱巖資源地區,還是將其轉換為電力更為親民一些,畢竟電的用途更大!