干熱巖及其開發(fā)利用

1、干熱巖及其開發(fā)利用（ 1）胡經(jīng)國一、尋找新能源 干熱巖1、人類積極尋找新能源為了解決能源短缺問題世界各國都在積極尋找新能源。人們因地制宜，在 地勢平坦的地區(qū)建設核電站；在沿海城市推進潮汐發(fā)電；在偏遠山區(qū)架設風力 發(fā)電機；在陽光充足的地方安裝一片片太陽能電池板實施光伏發(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)被稱為干熱巖發(fā)電 。中國從 1993 年起就從能源凈出口國變成了凈進口國。也就是說，中國國內(nèi) 能源產(chǎn)出已經(jīng)供不應求，從此走上了從別的國家進口能源的不歸路。2、干熱巖發(fā)電技術(shù)的提

2、出人類在目睹了火山噴發(fā)的巨大能量之后，就一直在尋找開發(fā)這種古老而巨 大的能量的方法。經(jīng)過多年的尋尋覓覓，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 年由美國人莫頓和史密斯提出；但是，它的提出并沒有引 起多少人的注意。甚至到了科學技術(shù)迅猛發(fā)展的 2018 年，它的潛在價值也沒有 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 源也越來越受到碳減排的制約。發(fā)展清潔能源成為各國加快發(fā)展的關(guān)鍵。在中 國，隨著國民經(jīng)濟高速發(fā)展，目前碳排放量已居世界首位。繼續(xù)增大碳排放量 必然受到西方大國的反制。因此，發(fā)展清潔能源是為中國經(jīng)濟

3、高速發(fā)展提供能 源保障的必由之路。目前，雖然太陽能、風能、水能都是清潔能源，但是水能 經(jīng)過幾十年持續(xù)開發(fā)，繼續(xù)發(fā)展?jié)摿τ邢蓿欢L能、光能的高成本仍是制約其 進一步發(fā)展的關(guān)鍵。在這種形勢下，開發(fā)地熱資源成為一種相對經(jīng)濟、可行的 途徑。在地熱能中，干熱巖是一種分布最為廣泛、熱儲量最大的一類能源載 體。隨著人類對能源需求的不斷增長，全世界的人們越來越擔心傳統(tǒng)礦物能源 大量使用帶來的資源枯竭問題和對環(huán)境的污染問題，并開始關(guān)注可再生且無污 染的能源，如太陽能、風能、水能等。但是，這些可再生能源的開發(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，而且還對流

4、域生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不同程度的破壞。因此，各國科 學家都在不斷探索，努力尋找各種不受外界環(huán)境影響、又對環(huán)境破壞和污染很 小的新能源。發(fā)達國家試驗研究表明，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，幾乎不對人類環(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，被證明是對人類十分友好的未來潔凈新能源。目前，國際上干熱巖的開發(fā)利用還處于試驗階段；不過，科學家預測，到 2030 年左右人 類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。專家認為，地熱資源已成為新能源中的

5、佼佼者，而 干熱巖則是其中最具應用價值和利用潛力的清潔能源。干熱巖的應用將可能改 變能源利用的版圖，并且必將推進能源結(jié)構(gòu)的清潔化。干熱巖是全球公認的高效低碳清潔能源。在干熱巖開發(fā)過程中，主要通過 注水井注入冷水來吸收巖體熱量，將注入水轉(zhuǎn)化為蒸汽，再通過抽氣井將高溫 蒸汽抽取到地表進行利用。在其開發(fā)過程中，幾乎不產(chǎn)生氮、硫、氧化物等污 染物。與傳統(tǒng)水熱型地熱開發(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。在其開發(fā)利用過程中，不會出現(xiàn)其它的環(huán)境問題， 也不受過多的環(huán)境因素的制約和影響。干熱巖的熱能是通過人工注水的方式加以利用，而且在利用的整個過程中 處于封閉循環(huán)系統(tǒng)。因此，

6、干熱巖的利用不會出現(xiàn)像熱泉等常規(guī)地熱資源利用 的麻煩，即沒有硫化物等有毒、有害或阻塞管道的物質(zhì)出現(xiàn)。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 部乃至整個河流的生態(tài)系統(tǒng)以及在水電廠周圍引起各種程度不一的環(huán)境地質(zhì)災 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上燃煤 或油氣價格變化的影響。5、干熱巖熱能取之不盡 全球干熱巖蘊藏的熱能十分豐富，比蒸汽型、熱水型和地壓型地熱資源大 得多，比煤炭、石油、天然氣的熱能總和還要大

7、。在較淺層的干熱巖資源中， 蘊藏的熱能等同于 100 億夸特（即 quad， 1 夸特相當于 18000 萬桶石油，而美 國 2001 年能源消耗總量僅為 90 夸特）。這些能量是所有熱液地熱資源評估能 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， et al. 1989）。即使是在局部地區(qū)，干熱巖的熱能儲量也十分驚人。例如，在美國芬頓山（Fenton Hill ）干熱巖U期工程期間，恒定條件下，4年期間11個月的循環(huán)測 試所獲得的熱能就高達 1000億個英國熱量單位 BTU （Duchane， 1997）。若不 合理 地過量開 采水

8、熱 型地 下熱 水， 則會出 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， 是來自地球內(nèi)部的熱 能，因而相對來說其潛力會更大。干熱巖是一種可再生能源，可以說取之不盡，用之不竭。目前，世界上眾 多經(jīng)濟較發(fā)達的國家對干熱巖的發(fā)電研究方興未艾?？梢灶A見在不久的將來， 隨著相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，利用干熱巖所發(fā)的電能將會成為國家電網(wǎng)中不可或 缺的重要組成部分。二、干熱巖的定義 在中國能源行業(yè)地熱能專業(yè)標準化技術(shù)委員會制定的地熱能術(shù)語中， 對干熱巖（ Hot Dry Rock，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180C的異常高溫巖體?！庇嘘P(guān)專家認為，干熱

9、巖溫度太低， 開采就沒有經(jīng)濟價值。干熱巖的開采要實現(xiàn)經(jīng)濟價值，才能確立制度標準，沒 有經(jīng)濟價值，制度標準沒有任何意義。溫度太低了，經(jīng)濟上不可行，標準設立 為180C還是比較適宜的。隨著未來技術(shù)的進步，開采成本會下降，這一溫度 標準也會往下降。不過，在不同的文獻中，對于干熱巖的定義還有一些大同小異的解說，例 如：干熱巖（ Hot Dry Rock ， HDR ；或 Hot Dry NoodleRock ），又叫做增強型地 熱系統(tǒng)（EGS）,或稱為工程型地熱系統(tǒng)，一般是指溫度高于200E、埋藏深度達數(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

10、代以來的中酸性侵入巖 , 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提取 其內(nèi)部的熱量 , 因而其主要的工業(yè)指標是巖體內(nèi)部的溫度。干熱巖正統(tǒng)定義是指增強型地熱系統(tǒng)（ EGS）。廣義上，可以把它理解為 一種地熱資源，一般是溫度高于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2000 米，溫度超過150C的高溫巖體；其特點是無水或含水量極少。與之相對的是“濕熱巖”，這 種高溫巖體中存在天然的裂隙和水。干熱巖是一種沒有水或蒸汽的熱巖體，主要是各種變質(zhì)巖或結(jié)晶巖類巖 體；干熱巖埋藏于地下200060

11、00米的深處，溫度為150650 Eo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 供熱米暖。1、干熱巖能源用于發(fā)電 目前，人們對干熱巖能源的開發(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和酸雨對環(huán)境的影響，并且不受季節(jié)、氣候制 約。而且，將來利用干熱巖能源發(fā)電的成本僅為風力發(fā)電的 1/2，只有太陽能發(fā) 電的 1/10。世界上迄今利用的地熱能為距地表 10公里以內(nèi)的熱能，已探明的地熱資源 約為12.6 X026J，相當于全球煤的經(jīng)濟可采儲量所含熱量的 7萬多倍。地球上的 干熱巖資源占已探明地熱資源的 30%左右；其中距地表 4 6

12、千米、巖體溫度為 200E的熱干巖具有較高的開采和利用價值。干熱巖作為一種可再生的清潔能 源，可在地熱發(fā)電中得到應用。干熱巖能源發(fā)電的流程為 ：注入井將低溫水輸入熱儲水庫中 ，經(jīng)過高溫巖 體加熱后 ，在臨界狀態(tài)下以高溫水汽的形式通過生產(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) ，反復利用。干熱巖能源發(fā)電不僅可大幅降低 溫室效應和酸雨對環(huán)境的影響，而且具有電價競爭力。在采用先進的鉆井和人 工熱儲水庫技術(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 競爭力 ， 屆時干熱巖能源資源將成為全球的主導能源之一。2、干熱巖能源用于供熱干熱巖因其得天獨厚的較高溫度，一旦成功開采出來，將是冬季供暖的