在我國能源領域內，繼可燃冰(天然氣水合物)之后，又一熱點是地熱了。地熱之所以引起國人的關注，是因為儲量如此巨大無比，還沒有一位科學家能夠算出有多大的儲量。如果說可燃冰是化石燃料的一種，無論燃燒與否都會造成溫室效應，而且開采難、費用高;那么地熱的優點是可燃冰無法比擬的，地熱是可再生能源，價格低，當然沒有污染;地熱開采穩定并連續，可以作為基載電力。

我國有的媒體報道：熱干巖發電將很快排擠燃煤發電，并將取代石油，甚至會使人類放棄高溫核聚變—托卡馬克(Tokamak)產生能源的努力。而且做了個未來電力的描述“青海地區成為中國的能源基地，源源不斷地向全中國輸出電力。我們會逐漸放棄燃煤，燃氣這種破壞環境取得能量方式”，“我國目前的陸域干熱巖資源量能量值，已經達到了驚人的地步，..….可用3900年。日本、加拿大、美國、歐洲等國做不到的，我們做到了，這是一次歷史性的飛躍”。甚至吹到是“中國新三大發明”之一。這些內容在網絡上持續發酵。

如果熱干巖層發電一旦成功，把化石燃料發電，甚至把核聚變發電拿下，這樣我國數百萬能源產業從業人員的飯碗被敲掉了，可不是個小事情，那么熱干巖層發電是個什么東東?真值得關注一下。

地熱的基本知識

地熱來自于地球內部，地核散發的熱量透過地幔的高溫巖漿傳達至地殼，而這種熱能就稱為“地熱能(Geothermal energy)”，簡稱“地熱”。地球內部的溫度高達開氏7000度，而在80至100公里的深度處，溫度會降至開氏650～1200度。熱量透過地下水的流動和熔巖涌至離地面1～5公里的地殼，得以被轉送至較接近地面的地方。高溫的熔巖將附近的地下水加熱，這些加熱了的水最終會滲出地面。運用地熱能最簡單和最合乎成本效益的方法，就是直接取用這些熱源，并抽取其能量。可供開發利用之地熱一般發生在地殼破裂處，亦即板塊構造邊緣;如：環太平洋地震帶、大西洋中洋脊、地中海-喜馬拉雅交界等。臺灣便是位于環太平洋地震帶上，因此具有發展地熱的良好先天條件。由于地殼板塊推擠或擴張，造成火山活動，以致區域性地溫升高，大量熱能傳到淺部地層，目前的技術只能在部分地質適宜的區域，針對集中在地殼淺部的熱能予以開發利用，將來若能更進一步開發較深層的地熱時，則熱能源源不絕，故地熱常被稱為永不枯竭的資源。

圖1 隨著地層深度加深而溫度增高

在恒溫帶以下，每挖深100米，就會增加攝氏3度，這個稱為地熱梯度(Geothermal Gradient)。由于太陽給與地球的熱量巨大，所以人們感受不到地面給人們的溫暖。實際上大地有熱流，大地熱流(Terrestrial Heat Flow)指在單位時間內由地下深處垂直向上傳導通過單位地球表面散發的熱量。熱流單位用HFU(heat flow unit)表示。

1HFU=1µCal/(cm2·s)=41.86mW/m2

其數值大小與地球內部熱傳導過程、構造作用、淺層構造及地殼和上地幔結構密切相關，見圖1。全球熱流值變化范圍為0.6～3.0HFU，平均為1.47HFU。雖然地表單位面積的每秒熱流量很小，但整個地球表面一年釋放相當于燃燒300多億噸煤放出的熱量。

地熱的儲存方式

常見的地熱依其儲存方式，可約略分為如下兩種類型：

▲水熱型(又名熱液資源)：系指地下水在多孔性或裂隙較多的巖層中吸收地熱，其所儲集的熱水及蒸汽，經適當提引后可為經濟型替代能源，即現今最常見的開發方式。

▲干熱巖型(又名熱巖資源)：系指淺藏在地殼表層的熔巖或尚未冷卻的巖體，可以人工方法造成裂隙破碎帶，再鉆孔注入冷水使其加熱成蒸汽和熱水后將熱量引出。

“地熱區”，或稱“地熱田”，泛指具明顯地熱征兆的區域;舉凡溫泉、噴泉或噴汽孔地區或高溫巖石分布區皆可稱之。由于地熱與火山活動有直接或間接的關系，因此“地熱區”依其成因可分類為火山性地熱區和非火山性地熱區兩種。我國地熱分布可見圖2。

我國東部地區地殼薄，有利于開發傳導型地熱,，東部沿海地區如廣東、福建等省區位于太平洋板塊邊緣，是地熱利用的有利地區。我國西藏南、滇西、川西屬喜馬拉雅地熱帶，鉆井2000m 即可獲得攝氏200度的高溫熱水，是地熱最有利地區。松遼盆地與渤海灣盆地正里地慢軟流圈上涌區，是地慢熱能上涌外泄的主要地區，平均地溫梯度可達攝氏4度/100米左右。大慶油田龍深1 井，鉆深6000米，溫度高達攝氏260度，1979 年陽深1 井，深4651米、攝氏192度，2006 年葡深1 井，深5500米，攝氏220度，徐深22 井，深5320米，攝氏210度。

圖2 中國地熱分布圖

地熱資源的兩種利用途徑

地熱能的利用可分為直接利用和地熱發電兩大類。

1直接利用

地熱資源的直接利用是最古老、最實用而最廣泛的地熱利用。人類早在舊石器時代就有利用溫泉沐浴、醫療，在古羅馬時代利用地下熱水取暖等，中國如句容的小湯山、臨潼的華清池;近代有建造農作物溫室、水產養殖及烘干谷物等等?？刹榈淖钤缡褂玫責岬哪甏枪?世紀中國秦朝，見圖3。

圖3 公元前3世紀秦朝建造的溫泉

地熱直接利用有多大的規模?根據2015年在澳大利亞墨爾本召開的世界地熱會議上John W.Lund和Tonya L.Boyd發表《Direct Utilization of Geothermal Energy 2015 WorldwideReview(2015年世界直接利用地熱能評論)》，把世界各國直接利用地熱的狀況，如表1，可以看出中國直接利用地熱居世界第一。

2地熱資源發電

地熱發電(Geothermal power)的基本原理是利用無止盡的地熱來加熱地下水，使其成為過熱蒸汽后，當作工作流體以推動渦輪機旋轉發電。換言之，即將地熱轉換為機械能，再將機械能轉換為電能;這種以蒸汽來旋轉渦輪的方式，和火力發電的原理是相同的。不過，火力發電推動渦輪機的工作流體必須靠燃燒重油或燃煤來維持，不但費時且過程中易造成污染;相反的，地熱發電等于把鍋爐和燃料都放在地下，只需將蒸汽取出便能夠達到發電的目的。

對于做為工作流體的高溫地熱水，通常采“閃化蒸汽處理”，也就是讓它因壓力驟降而迅速汽化，緊接導入低壓蒸汽渦輪機產生動力以發電。

工作流體若為干而高溫的過熱蒸汽，可直接通入渦輪機，若同時含有水蒸氣和熱水，則須先藉汽水分離裝置將二者分離，待水蒸氣推轉渦輪機后凝結為熱水，如果熱水溫度仍高，則可經閃化處理再利用或另作他途。發電系統末端之冷凝水經適當控溫后排入河川，或回注地下以免地層下陷。

1904年由坎梯(Prince PieroGinori Conti)建成了世界上最早的目前是世界上第三大的地熱電站—拉德瑞羅地熱田(Larderello GeothermalField)。采用地熱蒸氣發電，其功率為 10kW 的地熱發電機組。但真正認識地熱資源并進行較大規模的開發利用卻是始于20世紀中葉，利用地熱來發電。

圖4 坎梯在拉德瑞羅地熱電站

中國從20世紀70年代初開始研究地熱發電，相繼建成一批小地熱發電機組：廣東豐順鄧屋386kWe;江西宜春溫湯50kWe;河北懷來20kW;湖南灰湯300kWe;遼寧熊岳100kWe;西藏那曲1000kWe;西藏朗久2000kWe;臺灣清水3000kWe等。

中國于20世紀70年代后期建造的西藏羊八井地熱田(YangbajainGeothermal Field)，至2006年底共有9臺機組，總裝機容量為25.18MWe。截止2006年底，累計發電量達2.0TWh(1TWh =10億千瓦小時)。

全球地熱發電情況

現今地熱發電的發電技術有四種最主要的應用系統，分別是：

一、地熱蒸汽發電系統。可細分為：

1、干蒸汽式發電：是最簡便而有效的工作流體，只要由管線直接導入蒸汽渦輪機就可產生電力;

2、閃化蒸汽式發電：即高溫地熱水經單段或多段閃化成為蒸汽，再由汽水分離裝置去除熱水，以蒸汽推動渦輪機發電。該系統之運用技術已趨成熟且安全可靠，是目前地熱發電最主要的形式。

二、熾熱巖發電系統。

須先鑿通兩口深達數千米的深斜井，再將冷水注入其中一井，由熾熱巖層所提供的地熱加熱，使其產生水蒸氣從另一井匯集后，推動渦輪機發電;不過由于經濟因素，該發電系統較難被大規模推廣。最近出現的“熱干巖層發電”是另外一種提法。

三、雙循環發電系統。

又稱“雙循環式”發電或介質發電系統。系以低沸點的物質(如：丁烷等)作為介質(即工作流體)，與地熱井產生的熱流體借由熱交換器達到加熱，使其氣化以推動渦輪機產生電力，且工作流體可循環使用。值得注意的是，其中可作為介質的氟氯昂(Freon)因“蒙特利爾公約”之故，已全面禁用。

四、全流發電系統。

又稱“總流式”發電，地熱井產生的熱流體，包括蒸汽及熱水的兩相混合體，同時導入特殊設計的渦輪機，由動能及壓力能帶動傳動軸連接發電機以產生電力。

全球電力生產仍然是化石燃料發電占主導地位，但是再生能源發電在逐漸崛起并排擠化石燃料發電。再生能源發電以水力發電為主，其次是風力發電、光伏發電和生物質發電，其他如海洋能發電、地熱發電等的份額極少。

根據地熱能源新聞(ThinkGeoEnergy)和國際地熱協會(InternationalGeothermal Association)的報告，中國地熱發電占全球份額僅為0.2%，換句客氣話說，中國地熱發電屬于后進的，還得奮力直追。

表2 世界各國地熱發電累積裝機容量(單位：MW)

把數據比較一下，給您一個形象的概念，您就可以看出目前地熱發電所處的地位。2016年全球地熱裝機容量為13438MW，相當于巴西和巴拉圭的伊泰普大壩(Itaipu Dam)14000MW，更趕不上我國三峽大壩(Three Gorges Dam)裝機容量22500MW。

干熱巖體發電步履艱難

再看全球十大地熱電站，我國西藏羊八井地熱田總裝機容量為25.18MWe，僅為位居第六位的印度尼西亞達拉加特地熱電站的1/10。這些地熱電站都不是采用熱干巖層發電，而是采用常規的地熱蒸汽發電系統。您可以把表3中的英文標注的地熱發電站輸入百度或維基百科查詢該發電站的情況，可以得到更多的信息。表中位居第三的拉德瑞羅地熱田是世界上最早的地熱發電站。

表3 全球十大地熱電站

地下干熱體有多少資源量?媒體說“我國目前的陸域干熱巖資源量能量值，已經達到了驚人的地步，..….可用3900年”。在我國能源界或媒體很容易從資源量計算出可以用多少年，像小學生做算術題一樣簡單。

仔細想一下，地下干熱體的后盾是地心巖漿，當人們把干熱體的熱量不斷抽出后，巖漿會不斷補充，所以稱干熱體的熱量是可再生能源。請注意能源的基本知識：

可采儲量、可采年限、儲采比等這些術語僅用于化石燃料如原煤、原油和天然氣，不適用于再生能源如太陽能、風能、海洋能、地熱等等。能夠計算出我國干熱體可用3900年，那是高手忽悠老百姓的。

價格是能源市場的生命線。當找到能源資源，一陣狂歡后，請冷靜想一想能夠開采嗎?當然，決定于很多因素，最終落實在價格上。地下干熱體發電研究了半個世紀，至今仍然是不成氣候的小規模生產，那就是價格惹的禍。

地熱能在世界很多地區應用相當廣泛。不過，地熱能的分布相對來說比較分散，開發難度大。

地熱發電有四種形式，其中地熱蒸汽發電系統是目前地熱發電最主要的形式。那么干熱巖體發電怎么樣呢?

干熱巖體(Hot dry rock，HDR)發電指利用地下熾熱巖層的熱量來轉化發電。我國對干熱巖的定義是指溫度大于150攝氏度，埋深6000米以淺，內部不存在流體或僅有少量地下流體的高溫巖體。

早在20世紀70年代美國能源部洛斯阿拉莫斯國家實驗室(Los Alamos NationalLaboratory)Potter, R. M.，Smith, M. C.and Robinson, E. S就提出利用地下干熱巖發電的設想。1972年美國在新墨西哥州北部打了兩口約4000米的深斜井，從一口井中將冷水注入到干熱巖體，從另一口井取出自巖體加熱產生的蒸汽，功率達2300千瓦，標志著干熱巖的開發利用研究從概念模式轉入到實驗階段。

此后，這種發電技術引起了世界各國的關注，一些經濟發達、能源消耗量大的國家競相開展干熱巖發電技術的研發工作，甚至納入到國家開發研究計劃。通過國際合作和各國不斷努力，美國、日本、英國、法國、德國和澳大利亞等國家相繼進行了有關方面的實驗，基本掌握了干熱巖發電各個環節的技術。隨著技術的熟練，試驗電廠的發電量也逐漸由3MW增大到11MW，更加接近商業開發的規模。目前已有少數國家建有試驗性干熱巖發電廠，而且規模較小。建造一個干熱巖發電廠一般需要5年時間，其使用壽命一般在15～20年左右，但受到經濟和技術等條件限制，干熱巖發電尚未形成商業規模。

左日本 右澳大利亞

圖5 熱干巖發電系統示意圖

我國媒體報道“我國在青海共和盆地3705米深處鉆獲攝氏236度的高溫干熱巖體。首次鉆獲溫度最高的干熱巖體，實現了我國干熱巖勘查的重大突破。消息一經傳出，在國際上引起了強烈的討論。西方國家一直在研究，做夢都想要實現的新能源，竟然率先被中國突破了，這是一個歷史性時刻”。這句話頂多說明首次實驗成功，但不能強調“率先被中國突破了…….，日本、加拿大、美國、歐洲等國做不到的，我們做到了，這是一次歷史性的飛躍”。

從網絡上很容易查到，客觀點說，從20世紀70年代起，許多國家一直在研究這種取之不盡、用之不竭的新能源。實際上我國繼日本、加拿大、美國、德國、澳大利亞等國家之后也開始跨進這個領域。日本甚至把注水井打到地下的高溫巖漿試圖用以發電，但仍然處于研究階段。

干熱巖體發電有多大能耐

請看這段話，地下干熱體發電“很快將結束由燃燒煤炭，石油來取得能源的方法。而且幾乎是取之不盡，用之不竭，……由此技術產生的影響，甚至使人類放棄高溫核聚變—托卡馬克產生能源的努力”，難道真的是這樣嗎?

先看REN21(Renewable Energy Policy Network forthe 21st Century)2015～2017年的報告匯集成表的數據。截止2016年全球再生能源發電占電力總量的24.5%，其中水力發電最高，占16.6%，其次是風電場占4.0%、生物質發電占2.0%和光伏發電占1.5%，而地熱發電、太陽能聚熱發電和海洋能發電等三項之和僅占0.4%，見表4。地熱發電中干熱體發電仍然在研究實驗之中，幾乎不占份額，也就是說干熱體發電價格還不被市場接受。進一步說，地下干熱體發電試圖打敗燃煤發電、核聚變等那是吹牛皮的。

必須說明一下，人均耗電量不是一個常數，隨著人們生活質量的提高，年年都在增高。任何單一能源都不可能獨霸能源市場，干熱巖體發電更加沒有能力了。

表4 2009～2016年全球電力生產結構

就一般的地熱發電而言，地熱發電也有缺點，如開采技術要求高，鉆井費用和抗腐蝕管線會推高投資成本;地熱資源的開采受到環境的先決條件的限制頗多，而且在開發過程中易造成環境污染;地熱發電仍然有二氧化碳排放，即45g CO2/kWhe。發電時的蒸汽有可能帶有毒性氣體，熱水中也可能溶有重金屬等有害物質，從而對環境造成影響;供應源位置掌握不易，且持續供應量的穩定性難以精確計算。如果談及熱干巖層發電，缺點更多了。熱干巖層開發應在地球板塊裂縫，鉆井費用極高而且難以掌握，管線耐熱性要求也極高，隨之開采費用推高。熱力及排放對環境影響更大。

結 語

對熱干巖層發電的認識，真是霄壤之別!正確與否，自行判斷。筆者認為：

中國在直接利用地熱資源居世界首位，但地熱發電卻在幺鴨子。

全球地熱發電仍然以地熱蒸汽發電系統為主，熱干巖層發電發展道路漫漫，一直處于研究階段，何時商業化尚未苗頭。

我國熱干巖層發電只是繼歐美國家之后的一次研發成功，離商業化發電的距離甚遠。

本文一點都沒有否定熱干巖層發電的意思，只是告訴您發展道路不平坦，我國必須加快定熱干巖層發電的開發研究，早日解決我國能源短缺的問題。未來的能源發展是以多元(來源)化和多源(渠道)化為特征，以確保國家能源供應安全。任何一種能源試圖排擠兄弟能源獨占鰲頭，即便是熱干巖層發電卓越成功，那也是永遠不可能的。