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幹熱岩:“可供中國使用3800年” 的清潔能源?
2022-02-10 16:34:18來源: 科普中國網編輯: 邢碩責編: 馮薇薇

  最近,一些自媒體聲稱,山東發現新能源“巨大寶藏”,儲量大約相當於180億噸煤炭,可供中國使用3800年。這裡所説的寶藏,是一種地殼較深處的高溫岩體——幹熱岩。在全球經歷了一個缺煤、氣荒的2021年之後,如果在我們腳下就埋藏著如此海量的能源,那無疑是驚天動地的大事件。

  事實上,這個“發現”並不是最近的事。早在2016年,就有權威媒體報道,山東省第一地質礦産勘查院發現了中國東部賦存條件最好的幹熱岩。該勘察院水文地質所主任景曉東預測,僅在威海市文登區一處,高溫幹熱岩的能量即使只有2%被利用,便可供山東全省使用38年,“其效益不亞於找到一座大型金礦。”

幹熱岩:“可供中國使用3800年” 的清潔能源?

(資料圖片)位於法國的蘇爾茨項目,是迄今為止全球最成功並穩定商業發電的幹熱岩開發項目。

  到了2019年,有媒體報道,該項目也在山東日照市莒縣、五蓮縣一帶發現幹熱岩富存區,資源量折合標準煤總計超過187.79億噸。2017年到現在,中國煤炭消耗量平均每年在40億噸左右,因此,假設山東蘊藏的幹熱岩能量相當於187.79億噸煤,也不可能供中國使用3800年。但更為關鍵的是,山東真的找到了這樣一座地下“金礦”嗎?

  對於這類新聞,中科院地質地球所地熱資源研究中心主任龐忠和表示,這屬於嚴重地誤導公眾。雖然幹熱岩儲量大、無污染,但它是一種開採難度極大的地熱能。放眼全球,真正運行得較為成功的項目,也屈指可數。中國現在並沒有幹熱岩的開發技術,只是處在調查和基礎研究階段。

  幹熱岩:儲量比煤、油、氣多30倍的清潔能源

  按照地熱學的基本規律,越靠近地球深部,溫度越高,地表往下每走一千米,地球平均大約增溫30℃。因此,可以想見,只要能夠開採得足夠深,地球可以給人類回饋的熱能資源儲量,無疑是巨大的。一個學界常引用的説法是,地殼中距地表3~10千米深處的幹熱岩所蘊含的能量,相當於全球石油、天然氣和煤炭所蘊藏能量的30倍。

  幹熱岩發電,就是將地面的冷水注入到地下深處,利用幹熱岩的熱量加熱,使水成為熱水或水蒸氣,用來發電。幹熱岩憑藉巨大存儲量、環保無污染、可循環利用的優勢正在成為新能源中冉冉升起的新星。

幹熱岩:“可供中國使用3800年” 的清潔能源?

圖為幹熱岩地熱發電站結構圖 圖片來源:國際能源網

  德國卡爾斯魯厄理工學院教授、地球科學研究所地熱能部門主席托馬斯·科爾稱,距地表3千米以下的地殼,主要由火成岩和變質岩組成,它們的特點是有足夠的溫度,但缺乏孔隙,這些岩體並不是真的“幹”,流體含量只是不夠。比起溫泉、地熱水井這類地熱形式,幹熱岩型地熱資源,佔據了絕大多數地球熱能。

  人類該如何利用來自大山深處的溫度?

  1970年代的美國,正值遭遇全球石油危機時期,對幹熱岩的開發,也就從那時的美國開始。目前為止,全球已經開展了約64個幹熱岩實驗或開採項目。

  中國的幹熱岩調查工作,是從“十二五”期間正式開始的,這與當時中國開始重視霧霾治理、改善大氣環境的背景密不可分。因為幹熱岩如果可以大規模開發和應用,將是一種資源含量非常巨大的可再生清潔能源。

  幹熱岩將來主要的用途是發電。由於幹熱岩的溫度很高,發電過後的尾水還能達到70~80攝氏度,相當於普通地熱水,能再次用於供暖、製冷。幹熱岩不僅體量巨大,而且,用於發電幾乎是零排放,又比風能、水能等清潔能源更加穩定,不受氣候影響。文獻還指出,一處幹熱岩發電站使用大約20年後,岩體溫度會下降,不能繼續使用,但是地心岩漿會再次“加熱”這些岩石,幾十年過後,熱能便可再次利用。

  2019年,河北省煤田地質局組織的幹熱岩勘查項目稱,在唐山市馬頭營3965米深度,鑽獲了京津冀地區埋藏最淺的幹熱岩,估算4500米以淺、195平方公里範圍內,遠景資源量折合標準煤為78億噸。2021年9月,該項目實現了幹熱岩試驗性發電。這是我國首次實現幹熱岩試驗性發電,為幹熱岩這一清潔能源的開發利用奠定了堅實基礎。

幹熱岩:“可供中國使用3800年” 的清潔能源?

幹熱岩:“可供中國使用3800年” 的清潔能源?

  2022年1月,江蘇泰州“蘇熱1井”幹熱岩項目開始進行壓裂試驗,該項目由江蘇省自然資源廳投入4630萬,是江蘇第一個幹熱岩預查驗證孔。據泰州地區初步估算,其幹熱岩資源含量折合標準煤196萬億噸。

幹熱岩:“可供中國使用3800年” 的清潔能源?

圖片來源:泰州發佈 熊珠琴

  龐忠和參與了許多國家地熱能相關的戰略規劃和標準制定,這兩年,他感到幹熱岩得到的關注越來越多了。2020年,是中國“碳中和”元年,地熱作為五大非碳基能源之一,得到了更進一步的重視。2021年,在中科院重大諮詢項目“中國碳中和框架路線圖研究”中,幹熱岩的開發就是專題內容之一,與地熱能開發有關的高層會議也不少。

  王貴玲曾在接受媒體採訪時將幹熱岩開發比喻為“給地球安裝插頭”,如果能夠成功地裝上這個插頭,唾手可及、源源不斷的能源將不再是妄談。

  幹熱岩開發,能否改寫傳統能源版圖?

  截至目前,我國已初步篩選出幹熱岩勘查開發的幾大重點區域:東南沿海地區、藏南地區、大同盆地、松遼平原、環渤海地區、長白山地區、五大連池地區、雷州半島地區、瓊北、川西、滇西、華北平原、蘇北盆地、關中盆地、塔裏木盆地、柴達木盆地、準噶爾盆地、阿爾山地區、塔什庫爾幹地區。國內部分省市對幹熱岩的開發利用也表現出了興趣,如山東、青海、廣東等省在該領域都已經有了投入。

  有關專家表示,在幹熱岩開發利用方面,我國現在面對的是一片空白,所知甚少,實際操作中如何壓裂、如何保證裂隙連通、如何保證流量填充、如何實現可持續,都是必須解決的技術難題。

  2010年,龐忠和參加了中國科學院院組織的“中國能源路線圖2050”制定工作,關於深層地熱能的開發,包括幹熱岩,預計工程化的時間節點是2035年。現在看來,這個時間線的判斷是基本合理的,龐忠和説,目前這個領域並沒有出現顛覆性的技術。

  “人類早已能夠登上月球,但對地下的探索卻很少。”曾經在2007年~2013年期間擔任過法國蘇爾茨項目科學主管的艾伯特·讓泰説,可能在地殼更深處,就有天然儲層和地熱水,只是目前的技術還無法探測到。多位業內學者也表示,這個領域的技術開發和實驗,現在得到的投入和關注卻不夠。

  也許再過5年、10年,當行業有了顛覆性的技術創新,使得鑽探成本能比現在降低1/2或者1/3時,幹熱岩就能大規模開採了。在此之前,龐忠和認為,對地熱能的商業化投資,應該立足於淺層和中深層現實可行的資源,而不是好高騖遠地追求幹熱岩,甚至刻意追求概念噱頭和標新立異。(綜合來源:新華社、光明日報、中國礦業報、中國能源網、中國新聞週刊、中國數字科技館等)

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