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產業技術研究

干熱巖發電技術

人類文明的發展離不開能源的支持,煤炭和石油雖然是當今世界的主要能源,但它們均屬于不可再生能源,終有耗盡的一日,且煤炭和石油的燃燒會造成一定的污染,所以人類一直在尋找新的能源獲取方式,比如地熱能、水能、風能太陽能以及核能等等。


地球如同一枚雞蛋,地表就如同雞蛋殼,而在其內部則是大量的熔巖物質,這些熔巖物質所產生的熱量會傳導到接近地表的巖石上,而這些被地球加熱的巖石就被稱之為干熱巖。


干熱巖發電技術-地熱發電技術-地熱能開發利用-地大熱能


地球內部的大量熔巖物質蘊含著巨大的能量,所以干熱巖是一種極為豐富的地熱資源,不過這種巖石通常深藏于地球的內部,只要少部分位于地表之下10公里以內,可即便如此,其熱能總量仍然是十分驚人的。目前已探明的地表之下10公里以內的干熱巖熱能資源,相當于地球上煤炭熱能總量的2萬倍以上。干熱巖除了儲量豐富,更具備多重優勢,與傳統的煤炭石油相比,干熱巖無疑是一種清潔能源,而與水能、風能清潔能源相比,干熱巖的持續性和穩定性又十分優秀。



我國干熱巖資源豐富,“十二五”完成的我國新一輪地熱資源調查評價干熱巖資源量占全國地熱資源總量的98%以上,而且不像常規高溫水熱型地熱資源那樣受全球火山地震地熱帶的限制,只是EGS(增強地熱系統/工程地熱系統開發技術難度較大,仍是世界前瞻性的地熱前沿研究課題。2013年以來,中國地質調查局青海省聯合推進青海重點地區干熱巖型地熱能勘查,在青海共和盆地中北部鉆成了井深2230m、井底溫度達153℃的干熱巖井,對干熱巖地熱開發進行了探索試驗。2017年中國地質調查局青海省共和盆地鉆井在3705米深度測得236 ℃高溫。


在2019年的時候,河北省煤田地質局在唐山海港經濟開發區鉆獲了京津冀地區埋藏最淺的干熱巖,其埋藏深度大概在地表之下4000米到4500米的區域之中,總面積超過了195平方公里。2019年6月30日,環渤海干熱巖地熱資源勘查工作階段成果發布會在石家莊舉行,會上公布了馬頭營凸起區干熱巖項目最新的勘查成果,干熱巖科學探測孔在3965米深處鉆獲了溫度150℃的干熱巖,是目前京津冀地區鉆獲埋藏最淺的干熱巖資源。在2021年6月,唐山市馬頭營凸起區干熱巖開發示范項目終于實現了干熱巖試驗性發電。這是我國首次實現干熱巖試驗性發電,為干熱巖這一清潔能源開發利用奠定了堅實基礎。


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如何利用干熱巖來進行發電的呢?簡單來描述,就是建立人工熱儲,將冷水注入到地表下的干熱巖區,水被干熱巖加熱后就會變為水蒸氣,這些水蒸氣會通過另一個通道回到地面,最后利用集中排出的水蒸氣所產生的強大推力,推動地表的發電發電。干熱巖發電雖然不復雜,但難度系數較大,整個項目的建設對多方面的技術都是一次考驗。


增強型地熱系統(EGS)是在干熱巖技術基礎上提出的,美國能源部的定義是人工形成地熱儲層的方法,從低滲透性巖體中經濟地采出深層熱能的人工地熱系統,如圖所示。


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干熱巖發電,具有巨大的開發潛力,但在綜合利用方面還面臨很多瓶頸,如資源靶區定位技術、人工壓裂、微地震、示蹤等監控監測技術、資源評價方法、地熱地質模型、地下高溫巖體多場耦合過程、地熱介質的換熱特性機制、能源轉換效率評價、發電系統高效利用、示范試驗現場建立等。目前干熱巖發電多處于試驗性階段,不過它的發展前景是非常廣闊的,如果未來能夠成為一種主要的發電模式,那么無論是在能源獲取,還是在環境保護方面,都具有重要的意義。