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干热岩:“可供中国使用3800年” 的清洁能源?

添加时间:2022-02-11 作者: 来源:科普中国 点击:997 收藏 打印 字体:
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最近,一些自媒体声称,山东发现新能源“巨大宝藏”,储量大约相当于180亿吨煤炭,可供中国使用3800年。这里所说的宝藏,是一种地壳较深处的高温岩体——干热岩。在全球经历了一个缺煤、气荒的2021年之后,如果在我们脚下就埋藏着如此海量的能源,那无疑是惊天动地的大事件。

事实上,这个“发现”并不是最近的事。早在2016年,就有权威媒体报道,山东省第一地质矿产勘查院发现了中国东部赋存条件最好的干热岩。该勘察院水文地质所主任景晓东预测,仅在威海市文登区一处,高温干热岩的能量即使只有2%被利用,便可供山东全省使用38年,“其效益不亚于找到一座大型金矿。”

(资料图片)位于法国的苏尔茨项目,是迄今为止全球最成功并稳定商业发电的干热岩开发项目。

到了2019年,有媒体报道,该项目也在山东日照市莒县、五莲县一带发现干热岩富存区,资源量折合标准煤总计超过187.79亿吨。2017年到现在,中国煤炭消耗量平均每年在40亿吨左右,因此,假设山东蕴藏的干热岩能量相当于187.79亿吨煤,也不可能供中国使用3800年。但更为关键的是,山东真的找到了这样一座地下“金矿”吗?

对于这类新闻,中科院地质地球所地热资源研究中心主任庞忠和表示,这属于严重地误导公众。虽然干热岩储量大、无污染,但它是一种开采难度极大的地热能。放眼全球,真正运行得较为成功的项目,也屈指可数。中国现在并没有干热岩的开发技术,只是处在调查和基础研究阶段。

干热岩:储量比煤、油、气多30倍的清洁能源

按照地热学的基本规律,越靠近地球深部,温度越高,地表往下每走一千米,地球平均大约增温30℃。因此,可以想见,只要能够开采得足够深,地球可以给人类回馈的热能资源储量,无疑是巨大的。一个学界常引用的说法是,地壳中距地表3~10千米深处的干热岩所蕴含的能量,相当于全球石油、天然气和煤炭所蕴藏能量的30倍。

干热岩发电,就是将地面的冷水注入到地下深处,利用干热岩的热量加热,使水成为热水或水蒸气,用来发电。干热岩凭借巨大存储量、环保无污染、可循环利用的优势正在成为新能源中冉冉升起的新星。

图为干热岩地热发电站结构图  图片来源:国际能源网

德国卡尔斯鲁厄理工学院教授、地球科学研究所地热能部门主席托马斯·科尔称,距地表3千米以下的地壳,主要由火成岩和变质岩组成,它们的特点是有足够的温度,但缺乏孔隙,这些岩体并不是真的“干”,流体含量只是不够。比起温泉、地热水井这类地热形式,干热岩型地热资源,占据了绝大多数地球热能。

人类该如何利用来自大山深处的温度?

1970年代的美国,正值遭遇全球石油危机时期,对干热岩的开发,也就从那时的美国开始。目前为止,全球已经开展了约64个干热岩实验或开采项目。

中国的干热岩调查工作,是从“十二五”期间正式开始的,这与当时中国开始重视雾霾治理、改善大气环境的背景密不可分。因为干热岩如果可以大规模开发和应用,将是一种资源含量非常巨大的可再生清洁能源。

干热岩将来主要的用途是发电。由于干热岩的温度很高,发电过后的尾水还能达到70~80摄氏度,相当于普通地热水,能再次用于供暖、制冷。干热岩不仅体量巨大,而且,用于发电几乎是零排放,又比风能、水能等清洁能源更加稳定,不受气候影响。文献还指出,一处干热岩发电站使用大约20年后,岩体温度会下降,不能继续使用,但是地心岩浆会再次“加热”这些岩石,几十年过后,热能便可再次利用。

2019年,河北省煤田地质局组织的干热岩勘查项目称,在唐山市马头营3965米深度,钻获了京津冀地区埋藏最浅的干热岩,估算4500米以浅、195平方公里范围内,远景资源量折合标准煤为78亿吨。2021年9月,该项目实现了干热岩试验性发电。这是我国首次实现干热岩试验性发电,为干热岩这一清洁能源的开发利用奠定了坚实基础。

2022年1月,江苏泰州“苏热1井”干热岩项目开始进行压裂试验,该项目由江苏省自然资源厅投入4630万,是江苏第一个干热岩预查验证孔。据泰州地区初步估算,其干热岩资源含量折合标准煤196万亿吨。

图片来源:泰州发布 熊珠琴

庞忠和参与了许多国家地热能相关的战略规划和标准制定,这两年,他感到干热岩得到的关注越来越多了。2020年,是中国“碳中和”元年,地热作为五大非碳基能源之一,得到了更进一步的重视。2021年,在中科院重大咨询项目“中国碳中和框架路线图研究”中,干热岩的开发就是专题内容之一,与地热能开发有关的高层会议也不少。

王贵玲曾在接受媒体采访时将干热岩开发比喻为“给地球安装插头”,如果能够成功地装上这个插头,唾手可及、源源不断的能源将不再是妄谈。

干热岩开发,能否改写传统能源版图?

截至目前,我国已初步筛选出干热岩勘查开发的几大重点区域:东南沿海地区、藏南地区、大同盆地、松辽平原、环渤海地区、长白山地区、五大连池地区、雷州半岛地区、琼北、川西、滇西、华北平原、苏北盆地、关中盆地、塔里木盆地、柴达木盆地、准噶尔盆地、阿尔山地区、塔什库尔干地区。国内部分省市对干热岩的开发利用也表现出了兴趣,如山东、青海、广东等省在该领域都已经有了投入。

有关专家表示,在干热岩开发利用方面,我国现在面对的是一片空白,所知甚少,实际操作中如何压裂、如何保证裂隙连通、如何保证流量填充、如何实现可持续,都是必须解决的技术难题。

2010年,庞忠和参加了中国科学院院组织的“中国能源路线图2050”制定工作,关于深层地热能的开发,包括干热岩,预计工程化的时间节点是2035年。现在看来,这个时间线的判断是基本合理的,庞忠和说,目前这个领域并没有出现颠覆性的技术。

“人类早已能够登上月球,但对地下的探索却很少。”曾经在2007年~2013年期间担任过法国苏尔茨项目科学主管的艾伯特·让泰说,可能在地壳更深处,就有天然储层和地热水,只是目前的技术还无法探测到。多位业内学者也表示,这个领域的技术开发和实验,现在得到的投入和关注却不够。

也许再过5年、10年,当行业有了颠覆性的技术创新,使得钻探成本能比现在降低1/2或者1/3时,干热岩就能大规模开采了。在此之前,庞忠和认为,对地热能的商业化投资,应该立足于浅层和中深层现实可行的资源,而不是好高骛远地追求干热岩,甚至刻意追求概念噱头和标新立异。

来源:新华社、光明日报、中国矿业报、中国能源网、中国新闻周刊、中国数字科技馆等


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