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產(chǎn)業(yè)技術研究

干熱巖發(fā)電技術

人類文明的發(fā)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(nèi)部則是大量的熔巖物質(zhì),這些熔巖物質(zhì)所產(chǎn)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(fā)電技術-地熱發(fā)電技術-地熱能開發(fā)利用-地大熱能


地球內(nèi)部的大量熔巖物質(zhì)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(nèi)部,只要少部分位于地表之下10公里以內(nèi),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(nèi)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(yōu)勢,與傳統(tǒng)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(xù)性和穩(wěn)定性又十分優(yōu)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(diào)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(guī)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(tǒng)/工程地熱系統(tǒng)開發(fā)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(zhì)調(diào)查局青海省聯(lián)合推進青海重點地區(qū)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(fā)進行了探索試驗。2017年中國地質(zhì)調(diào)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(zhì)局在唐山海港經(jīng)濟開發(fā)區(qū)鉆獲了京津冀地區(qū)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(qū)域之中,總面積超過了195平方公里。2019年6月30日,環(huán)渤海干熱巖地熱資源勘查工作階段成果發(fā)布會在石家莊舉行,會上公布了馬頭營凸起區(qū)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(qū)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(qū)干熱巖開發(fā)示范項目終于實現(xiàn)了干熱巖試驗性發(fā)電。這是我國首次實現(xiàn)干熱巖試驗性發(fā)電,為干熱巖這一清潔能源開發(fā)利用奠定了堅實基礎。


干熱巖發(fā)電技術-地熱發(fā)電技術-地熱能開發(fā)利用-地大熱能


如何利用干熱巖來進行發(fā)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(qū),水被干熱巖加熱后就會變?yōu)樗魵?,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(chǎn)生的強大推力,推動地表的發(fā)電發(fā)電干熱巖發(fā)電雖然不復雜,但難度系數(shù)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(tǒng)(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(jīng)濟地采出深層熱能的人工地熱系統(tǒng),如圖所示。


干熱巖發(fā)電技術-地熱發(fā)電技術-地熱能開發(fā)利用-地大熱能



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