
地热能是一种取之不尽用之不竭的可再生资源。 在我国土地下面有一个巨大的地热能源宝库,即使只有2%的土地被开采出来,也够我国使用几千年。这种会“发烧”的岩石到底是什么?干热岩能否凭一己之力改变世界能源格局?
干热岩是一种新兴地热能源,一般温度大于200℃,埋深数千米,内部不存在流体或仅有少量地下流体(致密不透水)的高温岩体。
主要是各种变质岩或结晶岩体,赋存状态有蒸汽型、热水型、地压型、岩浆型的地热资源。较常见的干热岩有黑云母片麻岩、花岗岩、花岗闪长岩等。
干热岩型地热资源是专指埋藏较深,温度较高,有开发经济价值的热岩体,存量巨大。
中国首次发现大规模可利用干热岩资源于青海省共和盆地。青藏高原南部约占我国大陆地区干热岩总资源量的1/5。
目前,人们对干热岩的开发利用,主要是发电。利用干热岩发电技术可大幅降低温室效应和酸雨对环境的影响,且不受季节、气候制约。而且将来利用干热岩发电的成本仅为风力发电的一半,只有太阳能发电的十分之一。
3. 极高的水压迫使岩层出现裂缝,逐渐形成一个面状的热储构造;
4. 再从地表向下钻几个“生产井”,它们可以将蒸汽和高温水回收到地面;
5. 利用这些高温蒸汽就可以供暖或者发电,剩余的温水会通过注入井返回到干热岩中,从而实现能源的循环利用。
干热岩发电的基本原理是:通过深井将高压水注入地下2000~6000米的岩层,使其渗透进入岩层人工压裂造出的缝隙并吸收地热能量;再通过另一个专用深井(相距约200~600米左右)将岩石裂隙中的高温水、汽提取到地面;取出的水、汽温度可达150~200℃,通过热交换及地面循环装置用于发电;冷却后的水再次通过高压泵注入地下热交换系统循环使用。整个过程都是在一个封闭的系统内进行。
第二种模式是英国卡门波矿产学校提出的“天然裂隙模式”,即较充分的利用地下已有的裂隙网络。已有的裂隙虽然一方面阻止了人工高压注水裂隙的发育,但另一方面当人工注水时,原先的裂隙会变宽或错位更大,增强了裂隙间的透水性。在这种模式下,可进行热交换的水量更大,而且热量交换更充分。
干热岩因其得天独厚的较高温度,一旦成功开采出来,将是冬季供暖的良好热源。但因其造价较高,对于面积较小的建筑供暖,高昂的成本是一般人难以承受的。因此,用干热岩技术来进行集中供暖是比较合适的选择。
如我国陕西四季春清洁热源股份有限公司的干热岩供热技术,目前已成功在陕西省内进行了商业应用。
干热岩供热技术虽然优点众多,但目前在市场推广应用中也还存在着部分困难和问题:一是该技术为新技术,缺乏相关的政策、法规、技术标准等支撑。二是由于该技术在社会上应用较少,希望得到土地、水务、市政、物价等有关部门的认可和支持。
全球地热资源量约4900万亿吨标煤,我国约占全球资源量的六分之一。目前,我国已勘查发现的干热岩资源主要位于松辽盆地、东南沿海、青海共和盆地及贵德县、四川康定市等区域。据中国地调局数据显示,中国大陆3~10千米干热岩资源总量数据为2.5×l025焦(折合标煤856万亿吨)。总量是我国油气、煤炭总资源量的30倍。按照目前的消耗率计算,可用大概四千年左右,有望成为战略性接替能源。
相关专家介绍,青藏高原在隆升过程中形成了一系列地热资源。从2014年时了解的干热岩地热资源区域分布看,青藏高原南部占中国大陆地区干热岩总资源量的20.5%,资源量巨大且温度最高。
青海地勘人员在共和盆地成功钻获温度高达153℃的干热岩。这是我国首次发现大规模可利用干热岩资源。该资源属清洁能源,可用于地热发电。
共和盆地位于青藏高原腹地,东西长210千米,南北宽近90千米,面积约20000平方千米,海拔3000米左右。盆地底部广泛分布温度大于180℃的干热岩,面积超过3000平方千米,资源潜力巨大。共和盆地钻获的干热岩资源具有埋藏浅、温度高、分布范围广、致密不透水的特点,填补了我国干热岩资源勘查发现的空白。
据青海省水文地质工程地质环境地质调查院专家介绍,在共和盆地钻获的干热岩致密不透水,1600米以下无地下水分布迹象,符合干热岩的特征条件。该岩体在共和盆地底部广泛分布,钻孔控制干热岩面积达150平方公里以上,干热岩资源潜力巨大。
有关专家称,青藏高原在隆升过程中形成了一系列地热资源,从干热岩地热资源区域分布看,青藏高原南部约占我国大陆地区干热岩总资源量的1/5,资源量巨大。
(1)无温室气体排放。基于干热岩资源利用的新式发电系统不燃烧化石燃料,因此不会排放温室气体二氧化碳和其他污染物。
(2)干热岩可循环利用。冷水变热后可能最终会使岩石温度降低到20℃左右,因此一处干热岩发电站可能只能连续工作20年左右。但是,这个热储库关闭后,地心的炽热岩浆会重新加热这些岩石。几十年后,这些热岩就能再次被用于发电。而且,在关闭期间,发电站可以得到充分的维修和技术升级,为下次发电做好准备,实现周期性循环发电。
(3)干热岩储量丰富。开采使用干热岩,可满足人类长期使用需要。麻省理工学院一份研究表明,只要开发地球上3~10公里深度中2%的干热岩资源储量,就能产生2×1020EJ能量,是美国2005年全年能耗总量的2800倍。也有专家保守估计,地壳中距地表3~10公里深处的干热岩所蕴含的能量相当于全球石油、天然气和煤炭所蕴藏能量的30倍。
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