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地勘一览

来自地球母亲的温暖——干热岩

来源:地质调查科普网

发布日期:2018-06-11 编辑:编著:地科院水环

近日,中国地质调查局在松辽盆地实施的科学钻探突破7018米,钻穿了白垩纪底层。在地层4400-7018米的深度地层范围内发现了1500C~2410C高温干热岩体和2层高放射性异常岩层,揭示了松辽盆地具有良好的地热开发应用潜力。

众所周知,人们脚下的地球内部蕴含着巨大的能量,地心温度高达约6000℃。地球通过火山、地震、地热等方式源源不断地释放着内部能量。干热岩(Hot Dry RockHDR)则是地球内部热能的一种赋存介质,自20世纪70年代美国 Los Alamos国家实验室提出干热岩地热能的概念以来,干热岩的定义也在不断发展,目前比较得到认同的概念是干热岩是一种不含水和蒸气、埋深3~10km、温度为150~650℃的致密热岩体。

另外考虑其客观性、科学性、可行性和经济型,干热岩的基本含义可分为广义干热岩和狭义干热岩两类。广义干热岩认为是流体含量很少、温度为150~400℃的储热岩石。狭义干热岩必须考虑地热能发电的经济性和可行性,主要指流体含量少、埋深为3~8km、温度为200~350℃的储热岩石。其岩性主要是各种变质岩或结晶岩体,较常见的干热岩体有黑云母片麻岩、花岗岩、花岗闪长岩等。

干热岩潜力有多大?

通俗来讲,干热岩资源就是存在于岩石中的热量,人们通常通过温度对干热岩体中的资源量进行评估,那么岩石中赋存的热量究竟有多大?以一个边长为1km温度为200℃的高温岩体为例,其温度下降10℃所释放的热量可实现发电约为1000MWh,可满足2000万平米一年的建筑供暖需求。

干热岩中蕴藏的热量

在地下达到一定的深度以后,这样的高温岩体无处不在,可以说干热岩资源的潜力是巨大的。目前限制干热岩开发主要是技术问题,但就现阶段来看,由于技术和手段等限制,能被人类所揭露及开发利用的干热岩资源主要集中在埋深较浅、温度较高、有开发经济价值的地下热岩体。

据保守估计,地壳中干热岩(通常指310 km深处)所蕴含的能量相当于全球所有石油、天然气和煤炭所蕴藏能量的30倍。中国地质调查局的评价数据显示,中国大陆310 km深处的干热岩资源总量为2.5×1025 J(合860万亿吨标煤),若能开采出2%,就相当于我国2010年全国一次性能耗总量(32.5亿吨标煤)的5300倍。

中国科学院地质及地球物理研究所也对我国大陆310 km深处的干热岩资源进行了评价,得出的结论是2.09×1025 J,相当于715万亿吨标煤,若能采出2%,则相当于中国2010年能源消耗总量的4400倍。相近的数字,印证了我国干热岩地热资源的开发利用前景。

干热岩的高效分级利用

干热岩开发的关键技术

干热岩资源的开发主要利用增强型地热系统(Enhanced Geothermal SystemEGS)来提取其内部的热量。增强型地热系统通过水力压裂等工程手段,在地下深部低渗透性干热岩体中形成人工地热储层,从中长期经济地采出相当数量热能的人工地热系统。其原理是从地表往深埋地下的干热岩体中打一眼井(回灌井),封闭井孔后向井中高压注入温度较低的水产生高的压力,在岩体致密无裂隙的情况下高压水会使岩体大致垂直最小地应力的方向产生许多裂缝。

若岩体中本来就有少量的天然节理,这些高压水会使之扩充成为更大的裂缝。随着低温水的不断注入,裂缝不断增加、扩大、相互连通,最终形成一个大致呈面状的人工地热储层。在距回灌井合理的位置处钻几口井并贯通人工地热储层,这些井用来回收高温水、汽,称之为生产井。

注入的水沿着裂隙运动并与周边的岩石发生热交换,产生了高温高压水或水汽混合物。从贯通人工地热储层的生产井中提取高温蒸汽到地面后,通过热交换及地面循环装置用于发电和综合利用。利用之后的温水又通过回灌井注入到地下干热岩体中从而达到循环利用的目的。

   

干热岩的未来

   干热岩是地热能的未来。在目前的节能减排和能源结构调整中,对于干热岩地热资源的开发极有可能成为黑马,发挥意想不到的作用。干热岩相对于其他能源具备以下优势:

1.资源量巨大、分布广泛。(初步估算,我国陆区3.0-10.0km深处干热岩资源为860万亿吨标准煤燃烧所释放的能量);

2.几乎为零排放。(无废气和其他流体或固体废弃物,可维持对环境最低水平的影响);

3.开发系统安全。(没有爆炸危险,更不会引起灾难性事故或伤害性污染);

4.热能连续性好。(在可再生能源中,只有EGS可以提供不间断的电力供应,不受季节、气候、昼夜等自然条件的影响);

5.经济实惠(商业价值可观)。

随着干热岩开发技术的不断成熟以及深部地热开采成本的不断下降,相信在不就的将来,这种无处不在的能源可被人们大量利用,造福人类。

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