中國儲量可用4千年!或將改變世界能源格局:乾熱岩究竟…


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中國儲量可用4千年!或將改變世界能源格局:乾熱岩究竟是什麼?

2018年5月31日,新華網報導,中國地質調查局在松遼盆地科學鑽探時發現在4400米~7018米深度地層發現了高溫乾熱岩,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岩資源進行統計與評估,我國干熱岩資源能量超過2.5×10^25 J,相當於856萬億噸標準煤,只要能利用2%,那麼按我國2015年時的能源消耗,也將可以使用4400年!

高溫乾熱岩究竟是什麼?

高溫乾熱岩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,最後到常溫的地表!

所以只要能往下挖,到處都是所謂的“乾熱岩”,不怕你用不掉,就怕你嫌太熱!但有一個問題,這些乾熱岩所在的區域普遍都很深,比如超過幾十千米,但人類最優秀的鑽探技術也難以深入10千米以下,而且成本極大,需要數年如一日的鑽探,比如前蘇聯的科拉深鑽孔,12262米,全球最深的參數井!

科拉深鑽孔歪歪扭扭的孔

乾熱岩和地熱資源有什麼不一樣?

能夠利用的干熱岩要求是溫度高於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岩體,最早美國的洛斯阿拉莫斯國家實驗室提出了利用乾熱岩地熱能的概念。

這不就是所謂的地熱資源麼,用得著那麼興奮與大驚小怪?其實乾熱岩和地熱資源不一樣,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,冰天雪地裡泡溫泉,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岩附近被加熱後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湧泉,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複制的,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

乾熱岩資源,中國並不少

乾熱岩也是地熱資源,但卻不是能湧出熱水、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,向乾熱岩鑽一個孔,然後灌入水,加熱到高溫後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,然後利用水力壓裂技術,將高壓水注入地下,壓裂岩層,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!

高溫乾熱岩真能改變世界能源格局?

乾熱岩資源幾乎到處都是,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!那麼它真的能改變未來的能源格局?

事實上是否定的,因為乾熱岩資源儘管前景非常廣闊,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!

法國蘇爾士乾熱岩資源利用項目

並且電站自身還得用掉200千瓦,因為需要將水泵入地下岩層,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,乾熱岩的溫度下降,因為乾熱岩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後這個區域的干熱岩資源可能就會枯竭,不得不再啟用另一口井!

還有一個更嚴重的問題是和頁岩油開採遭遇的問題類似,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岩油開採小型人工誘髮型地震數量急劇上升。儘管沒有大地震,但請問住在附近的居民慌不慌?

頁岩油開採導致地震示意圖

未來的展望

乾熱岩資源前景廣闊,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,管道通過地下乾熱岩體,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,然後推動蒸汽輪機,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,那麼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!

當然對於大型乾熱岩資源地區,還是將其轉換為電力更為親民一些,畢竟電的用途更大!