一項(xiàng)新的研究提出了超熱巖地?zé)嵯到y(tǒng)采熱過(guò)程中滲透率增強(qiáng)和壓力響應(yīng)的模式。

標(biāo)稱韌性巖石增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)（NDR-EGS）經(jīng)過(guò)1年和10年熱提取和回灌后的壓力響應(yīng)

最近發(fā)表的一項(xiàng)研究提出了一種利用超高溫地?zé)醿?chǔ)層熱量的新模式。該模式基于一種類(lèi)似EGS的方法，即將冷流體注入超高溫儲(chǔ)層，從而使通常具有韌性的巖石脆化并增加儲(chǔ)層的整體滲透率。這篇題為“對(duì)韌性地殼中增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)潛力的水力約束” 的研究已經(jīng)發(fā)表在《地?zé)崮?/a>》雜志上。作者是冰島大學(xué)地球科學(xué)研究所的Samuel Scott、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院地球化學(xué)和巖石學(xué)研究所的Alina Yapparova、GFZ波茨坦德國(guó)地球科學(xué)研究中心的Philipp Weis和奎斯能源的聯(lián)合創(chuàng)始人Matthew Houde。

奎斯能源公司的伊麗莎白·湯姆森就此詳細(xì)探討了新的研究和模式，提供了利用超高溫地?zé)豳Y源的不同方法的見(jiàn)解。

“滲透云”

來(lái)自我們腳下數(shù)英里深處的超熱巖的地?zé)崮茉?/a>有可能成為能源轉(zhuǎn)型的主要參與者。然而，獲取和提取這種熱量都需要資源和技術(shù)。現(xiàn)在，一個(gè)計(jì)算機(jī)模型首次描述了當(dāng)巖石在那樣的深度和溫度下接觸到液體時(shí)會(huì)發(fā)生的情況，并最終將巖石的熱量傳送至地表。

本質(zhì)上，該模型顯示了微裂縫的形成，在整個(gè)受影響的巖石中形成了致密的“滲透云”。這與目前使用的工程地?zé)嵯到y(tǒng)(EGS)所引起的更大更少的宏觀裂縫形成了鮮明對(duì)比，后者更接近地表，溫度更低。

奎斯能源公司地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)副總裁特倫頓·克拉杜霍斯表示，使用該模型進(jìn)行的模擬“證實(shí)了一個(gè)超熱系統(tǒng)在長(zhǎng)達(dá)20年的時(shí)間里，可以提供比目前EGS系統(tǒng)多5到10倍的電力。”5月21日，在北美地?zé)?/a>轉(zhuǎn)型峰會(huì)上，克拉杜霍斯描述了超高溫巖石地?zé)?/a>系統(tǒng)的模式和重要性。

超高溫巖石能量

克拉杜霍斯關(guān)注于從地下深處提取熱量相關(guān)的挑戰(zhàn)上，那里的超熱巖溫度超過(guò)375攝氏度，滲透過(guò)這些區(qū)域的水將變?yōu)槌R界的。這種類(lèi)似蒸汽相攜帶的能量是普通熱水的3-4倍，當(dāng)通過(guò)管道輸送到地表的渦輪機(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)化為電能的效率是普通熱水的2-3倍。

根據(jù)2006年麻省理工學(xué)院牽頭的一項(xiàng)名為“地?zé)崮茉?/a>的未來(lái)”的美國(guó)地?zé)崮?/a>潛力研究，美國(guó)大陸地下3至10公里深處熱巖中儲(chǔ)存的地熱能，僅提取2%就相當(dāng)于美國(guó)每年主要能源消耗的約2000倍。

獲取這種能量的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是如何到達(dá)那里。油氣行業(yè)使用的鉆機(jī)并不能承受地下數(shù)英里的極端溫度和壓力，而那里正是地熱能的主要資源所在。這就是為什么奎斯能源正在研究一種全新的利用毫米波能量鉆探的方法，這種能量可以融化和蒸發(fā)巖石。

但是鉆入超高溫巖石只是第一個(gè)挑戰(zhàn)。克拉杜霍斯說(shuō)，提取熱量同樣是一個(gè)難題，至少與到達(dá)那里一樣困難。世界各地的研究人員正在研究地?zé)?/a>工程系統(tǒng)，主要是地下散熱器或熱交換器，就是為了解決這一難題。Eavor和Fervo Energy等公司正在開(kāi)發(fā)并在該領(lǐng)域使用各種方法，但沒(méi)有一種方法能在超過(guò)200攝氏度的溫度下得到驗(yàn)證。

克拉杜霍斯說(shuō)：“如果我們真的希望地?zé)崮?/a>成為能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵引領(lǐng)，就必須實(shí)現(xiàn)在超過(guò)375攝氏度的超高溫環(huán)境下運(yùn)行。但是很少有人知道當(dāng)深層的超高溫巖石暴露在高壓下的冷水中時(shí)會(huì)發(fā)生什么。”

地?zé)?/a>工程系統(tǒng)的不同概念

新的理解

克拉杜霍斯描述的在冰島應(yīng)用的先進(jìn)的超熱巖能源代表了一種開(kāi)啟地熱能的全新概念，它重點(diǎn)關(guān)注在超高溫、超深的條件下注入冷水會(huì)發(fā)生什么。“我們的想法是通過(guò)一個(gè)大的滲透性‘云團(tuán)’連接鉆井，而不是通過(guò)特定的、更大的裂縫。所以這更像是一種彌漫性連接，而不是定位連接。”這種模式基于我們對(duì)這些極端條件下地層變化的了解。在日本進(jìn)行的試驗(yàn)也表明，在實(shí)驗(yàn)室的類(lèi)似條件下會(huì)形成微裂紋。

下一步工作

克拉杜霍斯指出，冰島大學(xué)地球科學(xué)研究所的斯科特及其同事正在繼續(xù)完善模型，它將有助于指導(dǎo)未來(lái)實(shí)地測(cè)試超熱巖。奎斯公司的目標(biāo)是在未來(lái)一兩年內(nèi)在俄勒岡州中部的紐伯里火山這樣的地方實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，那里的超高溫條件可以在較淺的深度達(dá)到。目前這只是一個(gè)模型。我們不知道微裂縫導(dǎo)致的滲透率在現(xiàn)實(shí)中是否足以連接兩口井。我們需要現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試它和其他超熱巖壓裂的概念。最終，可能需要一種混合平面裂縫、天然裂縫和微裂縫的方法。”