来自地球母亲的温暖

  发布时间: 2019年07月03日 14:15:25   作者: 广丰能源网

        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 Rock,HDR)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,最新的《地热能术语》中对干热岩的定义为内部不存在或仅存在少量流体,温度高于180℃的异常高温岩体。

       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1000万MWh,可满足2000万平米一年的建筑供暖需求。

来自地球母亲的温暖

图 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3~10 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,中国大陆3~10 km深处的干热岩资源总量为2.5×1025 J(合856万亿吨标煤),若能开采出2%,就相当于我国2015年全国一次性能耗总量的4400倍。

       中国科学院地质及地球物理研究所也对我国大陆3~10 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。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 System,EGS)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高温岩体中形成人工地热储层,从而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。

来自地球母亲的温暖

增强型地热系统模式

       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);

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