自然科普:幹熱岩,“可供中國使用3800年” 的清潔能源?
來源:科普中國
發布時間:2022-02-11
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最近,一些自媒體(ti) 聲稱,山東(dong) 發現新能源“巨大寶藏”,儲(chu) 量大約相當於(yu) 180億(yi) 噸煤炭,可供中國使用3800年。這裏所說的寶藏,是一種地殼較深處的高溫岩體(ti) ——幹熱岩。在全球經曆了一個(ge) 缺煤、氣荒的2021年之後,如果在我們(men) 腳下就埋藏著如此海量的能源,那無疑是驚天動地的大事件。

事實上,這個(ge) “發現”並不是最近的事。早在2016年,就有權威媒體(ti) 報道,山東(dong) 省第一地質礦產(chan) 勘查院發現了中國東(dong) 部賦存條件最好的幹熱岩。該勘察院水文地質所主任景曉東(dong) 預測,僅(jin) 在威海市文登區一處,高溫幹熱岩的能量即使隻有2%被利用,便可供山東(dong) 全省使用38年,“其效益不亞(ya) 於(yu) 找到一座大型金礦。”

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(資料圖片)位於(yu) 法國的蘇爾茨項目,是迄今為(wei) 止全球最成功並穩定商業(ye) 發電的幹熱岩開發項目。

到了2019年,有媒體(ti) 報道,該項目也在山東(dong) 日照市莒縣、五蓮縣一帶發現幹熱岩富存區,資源量折合標準煤總計超過187.79億(yi) 噸。2017年到現在,中國煤炭消耗量平均每年在40億(yi) 噸左右,因此,假設山東(dong) 蘊藏的幹熱岩能量相當於(yu) 187.79億(yi) 噸煤,也不可能供中國使用3800年。但更為(wei) 關(guan) 鍵的是,山東(dong) 真的找到了這樣一座地下“金礦”嗎?

對於(yu) 這類新聞,中科院地質地球所地熱資源研究中心主任龐忠和表示,這屬於(yu) 嚴(yan) 重地誤導公眾(zhong) 。雖然幹熱岩儲(chu) 量大、無汙染,但它是一種開采難度極大的地熱能。放眼全球,真正運行得較為(wei) 成功的項目,也屈指可數。中國現在並沒有幹熱岩的開發技術,隻是處在調查和基礎研究階段。


幹熱岩:儲(chu) 量比煤、油、氣多30倍的清潔能源

按照地熱學的基本規律,越靠近地球深部,溫度越高,地表往下每走一千米,地球平均大約增溫30℃。因此,可以想見,隻要能夠開采得足夠深,地球可以給人類回饋的熱能資源儲(chu) 量,無疑是巨大的。一個(ge) 學界常引用的說法是,地殼中距地表3~10千米深處的幹熱岩所蘊含的能量,相當於(yu) 全球石油、天然氣和煤炭所蘊藏能量的30倍。

幹熱岩發電,就是將地麵的冷水注入到地下深處,利用幹熱岩的熱量加熱,使水成為(wei) 熱水或水蒸氣,用來發電。幹熱岩憑借巨大存儲(chu) 量、環保無汙染、可循環利用的優(you) 勢正在成為(wei) 新能源中冉冉升起的新星。

圖為(wei) 幹熱岩地熱發電站結構圖

圖片來源:國際能源網

德國卡爾斯魯厄理工學院教授、地球科學研究所地熱能部門主席托馬斯·科爾稱,距地表3千米以下的地殼,主要由火成岩和變質岩組成,它們(men) 的特點是有足夠的溫度,但缺乏孔隙,這些岩體(ti) 並不是真的“幹”,流體(ti) 含量隻是不夠。比起溫泉、地熱水井這類地熱形式,幹熱岩型地熱資源,占據了絕大多數地球熱能。


人類該如何利用來自大山深處的溫度?

1970年代的美國,正值遭遇全球石油危機時期,對幹熱岩的開發,也就從(cong) 那時的美國開始。目前為(wei) 止,全球已經開展了約64個(ge) 幹熱岩實驗或開采項目。

中國的幹熱岩調查工作,是從(cong) “十二五”期間正式開始的,這與(yu) 當時中國開始重視霧霾治理、改善大氣環境的背景密不可分。因為(wei) 幹熱岩如果可以大規模開發和應用,將是一種資源含量非常巨大的可再生清潔能源。

幹熱岩將來主要的用途是發電。由於(yu) 幹熱岩的溫度很高,發電過後的尾水還能達到70~80攝氏度,相當於(yu) 普通地熱水,能再次用於(yu) 供暖、製冷。幹熱岩不僅(jin) 體(ti) 量巨大,而且,用於(yu) 發電幾乎是零排放,又比風能、水能等清潔能源更加穩定,不受氣候影響。文獻還指出,一處幹熱岩發電站使用大約20年後,岩體(ti) 溫度會(hui) 下降,不能繼續使用,但是地心岩漿會(hui) 再次“加熱”這些岩石,幾十年過後,熱能便可再次利用。

2019年,河北省煤田地質局組織的幹熱岩勘查項目稱,在唐山市馬頭營3965米深度,鑽獲了京津冀地區埋藏最淺的幹熱岩,估算4500米以淺、195平方公裏範圍內(nei) ,遠景資源量折合標準煤為(wei) 78億(yi) 噸。2021年9月,該項目實現了幹熱岩試驗性發電。這是我國首次實現幹熱岩試驗性發電,為(wei) 幹熱岩這一清潔能源的開發利用奠定了堅實基礎。

2022年1月,江蘇泰州“蘇熱1井”幹熱岩項目開始進行壓裂試驗,該項目由江蘇省自然資源廳投入4630萬(wan) ,是江蘇第一個(ge) 幹熱岩預查驗證孔。據泰州地區初步估算,其幹熱岩資源含量折合標準煤196億(yi) 噸。

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圖片來源:泰州發布 熊珠琴

龐忠和參與(yu) 了許多國家地熱能相關(guan) 的戰略規劃和標準製定,這兩(liang) 年,他感到幹熱岩得到的關(guan) 注越來越多了。2020年,是中國“碳中和”元年,地熱作為(wei) 五大非碳基能源之一,得到了更進一步的重視。2021年,在中科院重大谘詢項目“中國碳中和框架路線圖研究”中,幹熱岩的開發就是專(zhuan) 題內(nei) 容之一,與(yu) 地熱能開發有關(guan) 的高層會(hui) 議也不少。

王貴玲曾在接受媒體(ti) 采訪時將幹熱岩開發比喻為(wei) “給地球安裝插頭”,如果能夠成功地裝上這個(ge) 插頭,唾手可及、源源不斷的能源將不再是妄談。


幹熱岩開發,能否改寫(xie) 傳(chuan) 統能源版圖?

截至目前,我國已初步篩選出幹熱岩勘查開發的幾大重點區域:東(dong) 南沿海地區、藏南地區、大同盆地、鬆遼平原、環渤海地區、長白山地區、五大連池地區、雷州半島地區、瓊北、川西、滇西、華北平原、蘇北盆地、關(guan) 中盆地、塔裏木盆地、柴達木盆地、準噶爾盆地、阿爾山地區、塔什庫爾幹地區。國內(nei) 部分省市對幹熱岩的開發利用也表現出了興(xing) 趣,如山東(dong) 、青海、廣東(dong) 等省在該領域都已經有了投入。

有關(guan) 專(zhuan) 家表示,在幹熱岩開發利用方麵,我國現在麵對的是一片空白,所知甚少,實際操作中如何壓裂、如何保證裂隙連通、如何保證流量填充、如何實現可持續,都是必須解決(jue) 的技術難題。

2010年,龐忠和參加了中國科學院院組織的“中國能源路線圖2050”製定工作,關(guan) 於(yu) 深層地熱能的開發,包括幹熱岩,預計工程化的時間節點是2035年。現在看來,這個(ge) 時間線的判斷是基本合理的,龐忠和說,目前這個(ge) 領域並沒有出現顛覆性的技術。

“人類早已能夠登上月球,但對地下的探索卻很少。”曾經在2007年~2013年期間擔任過法國蘇爾茨項目科學主管的艾伯特·讓泰說,可能在地殼更深處,就有天然儲(chu) 層和地熱水,隻是目前的技術還無法探測到。多位業(ye) 內(nei) 學者也表示,這個(ge) 領域的技術開發和實驗,現在得到的投入和關(guan) 注卻不夠。

也許再過5年、10年,當行業(ye) 有了顛覆性的技術創新,使得鑽探成本能比現在降低1/2或者1/3時,幹熱岩就能大規模開采了。在此之前,龐忠和認為(wei) ,對地熱能的商業(ye) 化投資,應該立足於(yu) 淺層和中深層現實可行的資源,而不是好高騖遠地追求幹熱岩,甚至刻意追求概念噱頭和標新立異。

綜合來源:新華社、光明日報、中國礦業(ye) 報、中國能源網、中國新聞周刊、中國數字科技館等



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