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地下熱巖漿能成為新能源嗎?試論人類對幹熱巖的開發利用

13億多年前,壹場大爆炸形成了現在的宇宙。起初,各種元素漫無目的地在宇宙中漂浮,與其他元素碰撞融合,慢慢形成物質,最後演變成地球等行星和各種天體。

此後,地球上的各種物質隨著時間的推移發生了變化,在這個過程中形成了我們現在需要的石油、礦產、天然氣等各種資源。

這些資源是需要很長時間形成的,不是短時間可以再生的,人類文明發展很快。各種資源的形成速度趕不上人類開采和消耗的速度。照這樣下去,地球上的資源遲早會用完。

這種傳統能源在使用時非常容易汙染環境,廢氣的處理是壹個非常棘手的問題。科學家開始研究和尋找更高效、更清潔的新能源,比如可燃冰,就是其中比較成功的例子之壹。可燃冰實際上是指甲烷氣水混合物,水中含有大量以固體形式存在的具有晶格的甲烷。

可燃冰往往分布在海洋淺水區的底部,或者深海的沈積物中。科學家推測,這種物質是天然氣和水在高溫低壓下形成的。可燃冰具有分布廣、量大、能量密度高等特點,被認為是目前最有前景的新型替代能源。

我們現在要面對的最大問題是可燃冰的開采方法。因為可燃冰在常溫常壓下極不穩定,不能像礦藏壹樣直接開采。到目前為止,開采方法有三種,壹是熱解,二是降壓,三是二氧化碳置換。

值得壹提的是,第三種方法會泄漏大量甲烷,會造成比二氧化碳嚴重得多的溫室效應,給地球環境帶來非常嚴重的威脅。如果地球上凍結的甲烷全部解凍,甚至可能造成物種滅絕。

當大多數國家還在解決可燃冰的開采和運輸問題時,中國已經於2065438+2007年5月完成了可燃冰的試開采。與此同時,中國還在開發其他新能源。

同年,中國在青海共和盆地首次鉆遇236攝氏度的高溫幹熱巖,並在此發現大量可利用的幹熱巖資源。在探索和利用新能源的道路上,中國又邁出了重要的壹步。

那麽,幹熱巖在哪裏?

幹熱巖實際上屬於地熱資源的壹種。地熱能來自地核散發的熱量,地核在穿過地幔,然後到達最外層地殼時,將巖漿加熱至沸騰的熱量。同時,它也是造成火山爆發和地震的“罪魁禍首”。

目前只能在地殼淺部開發地熱資源,需要有合適的地質條件,比如地殼斷裂的地方或者板塊構造的邊緣。

如果有壹天能夠發明出開發深層地熱資源的技術,那麽我們的能源問題自然會迎刃而解。因為地熱能是與地球共生的,只要地球還有生命力,地熱能就會源源不斷。

人類很久以前就開始利用這種能量了。早期,他們只是直接利用地熱能加熱的水源,如溫泉、地下熱水等來取暖。

在科技發達的現代,地熱能多用於農業,如建造溫室培育農作物,控制環境水溫,提高水產養殖效率等。

直到20世紀50年代,人們才真正意識到地熱資源的可利用性,並開始進壹步開發利用。如今,這種能源大多用於發電,人們往往在地熱資源豐富的地區建造地熱發電站。

現在,各個國家對進壹步開發利用地熱能進行了不同的嘗試,有些地方可以借助地理優勢充分利用地熱資源,比如被大西洋中脊穿越的冰島。光聽這個名字,我們可能會覺得這是壹個很冷的國家。其實冰島不冷。

冰島位於兩個地質板塊之間,地下蘊藏著豐富的地熱能。冰島幾乎所有的電力都由這些地熱能提供。如此有利的天氣和地理位置,冰島成為世界上清潔能源利用率最高的國家。正是因為這些豐富的地熱資源,冰島看起來冰天雪地,卻到處都是溫泉。

地熱資源分為熱液型和幹熱巖型。其中,幹熱巖型的資源量比熱液型多得多。對於幹熱巖的定義,各國尚未達成共識。

但是,通常我們認為幹熱巖是埋藏在地下3至10公裏,溫度大於180攝氏度,內部致密不透水的壹種熱巖體。在開采幹熱巖時,我們可以在這個巖體中人為制造裂縫,然後從裂縫中註入冷水,冷水加熱成熱水和蒸汽後再提取熱量。

有研究人員說,地熱資源是由地核產生的,所以只要深度足夠,幹熱巖在任何地方都可以開發。

幹熱巖石高效、清潔且可再生。在幹熱巖的開發過程中,既能保證安全又能保護環境,在高效的同時還能節約能源。

而且幹熱巖還具有熱能持續、不受季節氣候影響、成本低廉等優點,現在已經成為舉世矚目的新型能源。

世界上第壹個利用幹熱巖資源的項目是美國在1974年發起的。在這個項目過程中,美國使用了之前開采頁巖氣的水力壓裂技術,產出的幹熱巖最高溫度為192攝氏度。

2008年,美國麻省理工學院發表了壹份名為《地熱資源的未來》的研究報告,其中提出了增強地熱系統技術的想法,並認為該技術可用於開采幹熱巖。而且美國有希望在未來10到15年實現幹熱巖開采技術的商業化使用。

我們最初使用地熱能的時候,大部分都是直接使用熱液型地熱資源,而幹熱巖附近的水資源並不多。

增強地熱系統的工作方式是通過註入冷水來擴大地層之間的空隙,使地下水的循環效果更好,然後用水充分吸收地熱能,最後收集熱水或蒸汽提取熱能。

這是目前最流行的采礦方法,但它也有壹些缺點,即我們暫時無法精確控制地層裂縫擴大的方向和程度。在這種項目中,錯誤是非常致命的。除了無法提取熱能,還可能有意想不到的結果。

此外,地層裂縫的擴展伴隨著地震風險的增加。如果不開發熱能,讓這個地區成為“人工地震帶”,那就得不償失了。

1973年,英國也開始研究幹熱巖資源的開發,因為是在羅斯曼努斯火山區進行,所以命名為羅斯曼努斯項目。

1977年,英國開始了史上第二大幹熱巖工程。然而這次英國只探測到了2600米的深度,測得的溫度是100攝氏度。

2009年,該項目也得到了歐洲聯盟的贊助。目前,英國還計劃開發利用位於地下4公裏的地熱資源。電站壹旦建成,可以為英國提供十分之壹的用電量。

65438年至0987年,法、德、英合作進行幹熱巖實驗研究。在這個過程中,他們不斷探索幹熱巖的開采技術,現在已經成熟。65438年至0997年,國際能源署制定了為期四年的“幹熱巖行動計劃”,除了美國、德國和英國之外,澳大利亞、日本和瑞典也加入其中。

其中,澳大利亞是最晚開始幹熱巖研究的國家。2003年,澳大利亞在庫珀盆地開發了壹個幹熱巖項目。根據當時澳大利亞公司的網站,這個盆地下的地熱資源儲量相當於500億桶石油。這次在澳大利亞的鉆探深度達到了4500米,測得的溫度是270攝氏度。

法國蘇爾茨電站最早實現幹熱巖穩定發電,是1987年德國和法國的地熱研究項目。

經過30多年的不斷研究和嘗試,終於開發出將幹熱巖能轉化為電能的技術,這是地熱能研究的重大突破。因此,即使這個電站的投資回報率不高,但它在國際科學界仍然享有很高的聲譽。

中國對幹熱巖的研究比澳大利亞起步稍早,但起步階段發展沒有澳大利亞快。

65438-0993,中日在北京房山區合作兩年,重點開展幹熱巖發電相關實驗項目。此後,我們團隊開始了解各種幹熱巖的開采技術,並獨立研究相關開發問題。

2007年,中國能源研究會地熱專業委員會和澳大利亞公司也合作了兩年。在此期間,兩國專家來到可能富含幹熱巖資源的地區,對采集的樣品進行調查分析。

發現大慶市地熱資源分布面積已達5000平方公裏,是當時全市油氣能源的1萬倍。

2012年,國家高技術研究發展計劃為幹熱巖研究項目部署了4個課題,分發給國內4所高校,其中吉林大學是該項目的牽頭單位。

正是在2014年,我國首次鉆探獲得了質量上乘的高溫幹熱巖。當時專家通過研究分析各種地質資料,輔以各種調查技術,得出青海省共和盆地中北部存在大量幹熱巖資源的結論。

共和盆地探井始於2013年6月。經過10個月的努力,在地下2230米處首次鉆出幹熱巖,這裏的幹熱巖溫度只有153攝氏度。直到大約3年後,調查小組才在地下3705米處鉆出溫度高達236攝氏度的幹熱巖石,打破了此前調查的幹熱巖石最高溫度記錄。

在青海共和盆地,幹熱巖分布已達230平方公裏,地下2.1公裏至6公裏之間的幹熱巖,能量折算成標準煤後重量接近45億噸。專家指出,青海共和盆地的這壹發現是推動中國幹熱巖研究向更高水平發展的動力。

2019年,我國在山東日照、威海等地發現大量幹熱巖資源,折合標準煤187多萬噸。同年,中國科學家赴法國、意大利進行學術交流,考察地熱發電站,吸收和學習幹熱巖發電方面的經驗和先進技術。

目前,中國的幹熱巖研究仍在發展中。相信在未來,我們壹定能夠攻克技術難關,實現幹熱巖資源的高效利用,解決全國乃至全世界的能源問題。

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