(完整版)干熱巖及其開(kāi)發(fā)利用(1)

1、干熱巖及其開(kāi)發(fā)利用（1）胡經(jīng)國(guó)一、尋找新能源干熱巖1、人類(lèi)積極尋找新能源為了解決能源短缺問(wèn)題世界各國(guó)都在積極尋找新能源。人們因地制宜，在地勢(shì)平坦的地區(qū)建設(shè)核電站；在沿海城市推進(jìn)潮汐發(fā)電；在偏遠(yuǎn)山區(qū)架設(shè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)；在陽(yáng)光充足的地方安裝一片片太陽(yáng)能電池板實(shí)施光伏發(fā)電，等等。這些新型能源大家似乎已經(jīng)耳熟能詳。但是實(shí)際上，在地球深處還隱藏著一種巨大的能源。它存在于那些不起眼的巖石之中。這種利用巖石中的熱能發(fā)電的技術(shù)被稱(chēng)為干熱巖發(fā)電。中國(guó)從1993年起就從能源凈出口國(guó)變成了凈進(jìn)口國(guó)。也就是說(shuō)，中國(guó)國(guó)內(nèi)能源產(chǎn)出已經(jīng)供不應(yīng)求，從此走上了從別的國(guó)家進(jìn)口能源的不歸路。2、干熱巖發(fā)電技術(shù)的提出人類(lèi)在目睹了火山噴發(fā)

2、的巨大能量之后，就一直在尋找開(kāi)發(fā)這種古老而巨大的能量的方法。經(jīng)過(guò)多年的尋尋覓覓，人們終于找到了一種利用干熱巖發(fā)電的技術(shù)。它是在1970年由美國(guó)人莫頓和史密斯提出；但是，它的提出并沒(méi)有引起多少人的注意。甚至到了科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的2018年，它的潛在價(jià)值也沒(méi)有被很好地發(fā)掘。3、石化和常規(guī)清潔能源的局限性隨著日本地震引發(fā)福島核電站事故，核電發(fā)展在全球降溫，而采用化石能源也越來(lái)越受到碳減排的制約。發(fā)展清潔能源成為各國(guó)加快發(fā)展的關(guān)鍵。在中國(guó)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，目前碳排放量已居世界首位。繼續(xù)增大碳排放量必然受到西方大國(guó)的反制。因此，發(fā)展清潔能源是為中國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展提供能源保障的必由之路。目前，雖然太陽(yáng)

3、能、風(fēng)能、水能都是清潔能源，但是水能經(jīng)過(guò)幾十年持續(xù)開(kāi)發(fā)，繼續(xù)發(fā)展?jié)摿τ邢?；而風(fēng)能、光能的高成本仍是制約其進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵。在這種形勢(shì)下，開(kāi)發(fā)地?zé)豳Y源成為一種相對(duì)經(jīng)濟(jì)、可行的途徑。在地?zé)崮苤?，干熱巖是一種分布最為廣泛、熱儲(chǔ)量最大的一類(lèi)能源載體。隨著人類(lèi)對(duì)能源需求的不斷增長(zhǎng)，全世界的人們?cè)絹?lái)越擔(dān)心傳統(tǒng)礦物能源大量使用帶來(lái)的資源枯竭問(wèn)題和對(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題，并開(kāi)始關(guān)注可再生且無(wú)污染的能源，如太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能等。但是，這些可再生能源的開(kāi)發(fā)利用受諸如氣候等外界環(huán)境制約，不能穩(wěn)定生產(chǎn)。尤其是資源豐富的水力發(fā)電，不僅受降雨量變化影響，而且還對(duì)流域生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不同程度的破壞。因此，各國(guó)科學(xué)家都在不斷探索，努力

4、尋找各種不受外界環(huán)境影響、又對(duì)環(huán)境破壞和污染很小的新能源。發(fā)達(dá)國(guó)家試驗(yàn)研究表明，利用資源極為豐富的干熱巖發(fā)電，幾乎不受外界環(huán)境影響，幾乎不對(duì)人類(lèi)環(huán)境產(chǎn)生污染和破壞。而且干熱巖這種能源取之不盡、用之不竭，被證明是對(duì)人類(lèi)十分友好的未來(lái)潔凈新能源。目前，國(guó)際上干熱巖的開(kāi)發(fā)利用還處于試驗(yàn)階段；不過(guò)，科學(xué)家預(yù)測(cè)，到2030年左右人類(lèi)完全可以掌握必要的技術(shù)，利用干熱巖大規(guī)模發(fā)電。4、干熱巖是一種潔凈新能源在可燃冰（天然氣水合物）鉆獲之后，又發(fā)生一件可能改變能源版圖的大事，那就是干熱巖的鉆獲。專(zhuān)家認(rèn)為，地?zé)豳Y源已成為新能源中的佼佼者，而干熱巖則是其中最具應(yīng)用價(jià)值和利用潛力的清潔能源。干熱巖的應(yīng)用將可能改變能

5、源利用的版圖，并且必將推進(jìn)能源結(jié)構(gòu)的清潔化。干熱巖是全球公認(rèn)的高效低碳清潔能源。在干熱巖開(kāi)發(fā)過(guò)程中，主要通過(guò)注水井注入冷水來(lái)吸收巖體熱量，將注入水轉(zhuǎn)化為蒸汽，再通過(guò)抽氣井將高溫蒸汽抽取到地表進(jìn)行利用。在其開(kāi)發(fā)過(guò)程中，幾乎不產(chǎn)生氮、硫、氧化物等污染物。與傳統(tǒng)水熱型地?zé)衢_(kāi)發(fā)相比，干熱巖是以固體形態(tài)存在的高溫巖體，溫度越高，能量資源越豐富。在其開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中，不會(huì)出現(xiàn)其它的環(huán)境問(wèn)題，也不受過(guò)多的環(huán)境因素的制約和影響。干熱巖的熱能是通過(guò)人工注水的方式加以利用，而且在利用的整個(gè)過(guò)程中處于封閉循環(huán)系統(tǒng)。因此，干熱巖的利用不會(huì)出現(xiàn)像熱泉等常規(guī)地?zé)豳Y源利用的麻煩，即沒(méi)有硫化物等有毒、有害或阻塞管道的物質(zhì)出現(xiàn)。

6、不僅如此，干熱巖發(fā)電既不像火電那樣，向大氣排放大量的二氧化碳等溫室氣體、粉塵等氣溶膠顆粒物；而且也不像水電那樣，因水壩的修建而破壞局部乃至整個(gè)河流的生態(tài)系統(tǒng)以及在水電廠周?chē)鸶鞣N程度不一的環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害。此外，干熱巖發(fā)電幾乎完全擺脫了外界的干擾。干熱巖發(fā)電不像水電那樣受水壩所在河流流域降水量多寡的影響，而且也不像火電那樣易受市場(chǎng)上燃煤或油氣價(jià)格變化的影響。5、干熱巖熱能取之不盡全球干熱巖蘊(yùn)藏的熱能十分豐富，比蒸汽型、熱水型和地壓型地?zé)豳Y源大得多，比煤炭、石油、天然氣的熱能總和還要大。在較淺層的干熱巖資源中，蘊(yùn)藏的熱能等同于100億夸特（即quad，1夸特相當(dāng)于18000萬(wàn)桶石油，而美國(guó)2001

7、年能源消耗總量?jī)H為90夸特）。這些能量是所有熱液地?zé)豳Y源評(píng)估能量的800倍還多，是包括石油、天然氣和煤在內(nèi)的所有化石燃料能量的300倍還多（Tester,etal.1989）。即使是在局部地區(qū)，干熱巖的熱能儲(chǔ)量也十分驚人。例如，在美國(guó)芬頓山（FentonHill）干熱巖II期工程期間，恒定條件下，4年期間11個(gè)月的循環(huán)測(cè)試所獲得的熱能就高達(dá)1000億個(gè)英國(guó)熱量單位BTU（Duchane，1997）。若不合理地過(guò)量開(kāi)采水熱型地下熱水，則會(huì)出現(xiàn)地下水位下降或者是資源枯竭等情況。而干熱巖資源穩(wěn)定、均勻，是來(lái)自地球內(nèi)部的熱能，因而相對(duì)來(lái)說(shuō)其潛力會(huì)更大。干熱巖是一種可再生能源，可以說(shuō)取之不盡，用之不竭。

8、目前，世界上眾多經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的國(guó)家對(duì)干熱巖的發(fā)電研究方興未艾?？梢灶A(yù)見(jiàn)在不久的將來(lái)，隨著相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，利用干熱巖所發(fā)的電能將會(huì)成為國(guó)家電網(wǎng)中不可或缺的重要組成部分。二、干熱巖的定義在中國(guó)能源行業(yè)地?zé)崮軐?zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)制定的地?zé)崮苄g(shù)語(yǔ)中，對(duì)干熱巖（HotDryRock,HDR）給出的定義是：“內(nèi)部不存在或僅存在少量流體、溫度高于180°C的異常高溫巖體?！庇嘘P(guān)專(zhuān)家認(rèn)為，干熱巖溫度太低，開(kāi)采就沒(méi)有經(jīng)濟(jì)價(jià)值。干熱巖的開(kāi)采要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)價(jià)值，才能確立制度標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有經(jīng)濟(jì)價(jià)值，制度標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有任何意義。溫度太低了，經(jīng)濟(jì)上不可行，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)立為180C還是比較適宜的。隨著未來(lái)技術(shù)的進(jìn)步，開(kāi)采成本會(huì)下降

9、，這一溫度標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)往下降。不過(guò)，在不同的文獻(xiàn)中，對(duì)于干熱巖的定義還有一些大同小異的解說(shuō)，例如：干熱巖（HotDryRock，HDR；或HotDryNoodleRock），又叫做增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)（EGS），或稱(chēng)為工程型地?zé)嵯到y(tǒng)，一般是指溫度高于200C、埋藏深度達(dá)數(shù)千米、內(nèi)部不存在流體或僅有少量地下流體的高溫巖體。這種巖體的巖石成分可以變化很大，絕大部分為中生代以來(lái)的中酸性侵入巖,但是也可以是中新生代變質(zhì)巖,甚至是厚度巨大的塊狀沉積巖。由于干熱巖主要被用來(lái)提取其內(nèi)部的熱量,因而其主要的工業(yè)指標(biāo)是巖體內(nèi)部的溫度。干熱巖正統(tǒng)定義是指增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)（EGS）。廣義上，可以把它理解為一種地?zé)豳Y源，一般是溫

10、度高于200C、埋深數(shù)千米、內(nèi)部不存在流體或存在少量流體的高溫巖體。干熱巖的定義比較寬泛，通常是泛指埋藏深度超過(guò)2000米，溫度超過(guò)150C的高溫巖體；其特點(diǎn)是無(wú)水或含水量極少。與之相對(duì)的是“濕熱巖”，這種高溫巖體中存在天然的裂隙和水。干熱巖是一種沒(méi)有水或蒸汽的熱巖體，主要是各種變質(zhì)巖或結(jié)晶巖類(lèi)巖體；干熱巖埋藏于地下20006000米的深處，溫度為150650C。三、干熱巖能源的用途干熱巖能源可用于發(fā)電、供熱采暖和綜合利用等。目前它主要用于發(fā)電和供熱采暖。1、干熱巖能源用于發(fā)電目前，人們對(duì)干熱巖能源的開(kāi)發(fā)利用，主要用于發(fā)電。利用干熱巖能源發(fā)電技術(shù)，可以大幅降低溫室效應(yīng)和酸雨對(duì)環(huán)境的影響，并且不

11、受季節(jié)、氣候制約。而且，將來(lái)利用干熱巖能源發(fā)電的成本僅為風(fēng)力發(fā)電的1/2，只有太陽(yáng)能發(fā)電的1/10。世界上迄今利用的地?zé)崮転榫嗟乇?0公里以?xún)?nèi)的熱能，已探明的地?zé)豳Y源約為12.6X1026J，相當(dāng)于全球煤的經(jīng)濟(jì)可采儲(chǔ)量所含熱量的7萬(wàn)多倍。地球上的干熱巖資源占已探明地?zé)豳Y源的30%左右；其中距地表46千米、巖體溫度為200C的熱干巖具有較高的開(kāi)采和利用價(jià)值。干熱巖作為一種可再生的清潔能源，可在地?zé)岚l(fā)電中得到應(yīng)用。干熱巖能源發(fā)電的流程為：注入井將低溫水輸入熱儲(chǔ)水庫(kù)中，經(jīng)過(guò)高溫巖體加熱后，在臨界狀態(tài)下以高溫水汽的形式通過(guò)生產(chǎn)井回收發(fā)電。發(fā)電后，將冷卻水排至注入井中，重新循環(huán)，反復(fù)利用。干熱巖能源發(fā)電不僅可大幅降低溫室效應(yīng)和酸雨對(duì)環(huán)境的影響，而且具有電價(jià)競(jìng)爭(zhēng)力。在采用先進(jìn)的鉆井和人工熱儲(chǔ)水庫(kù)技術(shù)條件下，干熱巖能源發(fā)電比傳統(tǒng)火力、水力發(fā)電更加具有電價(jià)競(jìng)爭(zhēng)力，屆時(shí)干熱巖能源資源將成為全球的主導(dǎo)能源之一。2、干熱巖能源用于供熱干熱巖因其得天獨(dú)厚的較高溫度，一旦成功開(kāi)采出來(lái)，將是冬季供暖