本文專家:郭光星，能源領(lǐng)域工程師

2020年9月22日，我國(guó)在第75屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上正式提出2030年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。

雙碳政策的實(shí)行使得傳統(tǒng)化石能源備受沖擊，而太陽(yáng)能、風(fēng)能等清潔可再生能源則又迎來(lái)了一波發(fā)展機(jī)遇。

近日，一些媒體稱，山東發(fā)現(xiàn)新能源“巨大寶藏”，儲(chǔ)量大約相當(dāng)于180億噸煤炭，可供中國(guó)使用3800年。

山東發(fā)現(xiàn)新能源，夠中國(guó)使用3800年

其實(shí)，早在2016年和2019年，就有此報(bào)道。

然而，是否真的可供使用3800年還有待探討。此外，雖然干熱巖儲(chǔ)量大、無(wú)污染，但想要挖掘并利用它并非是件易事，中國(guó)現(xiàn)在只是處在勘探和基礎(chǔ)研究階段。

干熱巖到底是什么呢?

橫空出世的干熱巖?

干熱巖，顧名思義，它是一種干燥、高溫的巖石，大部分為中酸性侵入巖，一般溫度大于180℃，埋藏在數(shù)千米深的地下，其內(nèi)部沒有或僅有少量致密流體。

與太陽(yáng)能、風(fēng)能等常規(guī)的新能源不同，干熱巖來(lái)源于地球內(nèi)部(地?zé)崮?，因此不受氣候影響，發(fā)電也更為穩(wěn)定。

由于干熱巖的溫度很高，發(fā)電過后的尾水仍能達(dá)到70~80℃，因此還可以用于供暖，它似乎是未來(lái)最具潛力的新興能源。

據(jù)估算，全球干熱巖的資源量是所有煤、石油等化石能源的近30倍，根據(jù)地?zé)釋W(xué)規(guī)律，距離地表越深，溫度越高，因此，只要能夠開采得足夠深，干熱巖的能量是不可限量的。

但另一方面，地?zé)崮苡质菢O其危險(xiǎn)的，一旦失控將會(huì)引發(fā)火山爆發(fā)或地震。

盡管我們已經(jīng)可以通過技術(shù)手段“馴服”一部分地?zé)崮埽纾瑴厝褪巧钪凶畛Ｒ姷牡責(zé)崮芾眯问剑麄€(gè)過程是非常環(huán)保，并且可以長(zhǎng)時(shí)間源源不斷地獲取能量，但干熱巖的利用和溫泉又有很大的區(qū)別。

干熱巖如何開發(fā)?

距地表3千米以下的地殼，主要由火成巖和變質(zhì)巖組成，特點(diǎn)是有足夠的溫度，但缺乏孔隙，這些巖體并不是真的“干”，只是流體含量(含水量)不夠。

根據(jù)成因和產(chǎn)出條件的不同，地?zé)崮芸纱笾路譃樗疅嵝秃透蔁嵝蛢深悺厝蛯儆谒疅嵝偷責(zé)崮埽ㄟ^對(duì)水熱系統(tǒng)中流體的開采即可獲取地?zé)崮堋?/p>

而干熱巖結(jié)構(gòu)緊密，內(nèi)部裂隙較小，不含或僅含少量流體，屬于干熱型地?zé)崮埽瑢?shí)際上，絕大多數(shù)的地?zé)崮芤捕际歉蔁嵝停ㄟ^人工壓裂形成增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)，才能開采利用這部分地?zé)崮堋?/p>

干熱巖的開發(fā)原理并不復(fù)雜，簡(jiǎn)單地說，就是給地球裝上一個(gè)“熱水龍頭”。

首先，在儲(chǔ)存干熱巖區(qū)域的地面上打一口豎井，當(dāng)它到達(dá)干熱巖層后，封閉井孔并向井中注水，使井中產(chǎn)生高壓。由于巖體致密，高壓水會(huì)使巖體產(chǎn)生裂縫，而隨著低溫水的不斷注入，裂縫便會(huì)不斷增加、擴(kuò)張，并相互連通，最后形成一個(gè)面狀的儲(chǔ)熱空間。而這些注入的水沿著裂隙運(yùn)動(dòng)，它們與周圍的熱巖石發(fā)生熱交換，變?yōu)榱烁哌_(dá)200-300℃的高溫高壓的水汽混合物。

之后，在這個(gè)儲(chǔ)熱空間上繼續(xù)打井，將高溫水汽傳輸?shù)降孛妫糜诘責(zé)岚l(fā)電和熱能的綜合利用，利用之后的溫水又可以注回井中，回灌到干熱巖中進(jìn)行循環(huán)利用。

這個(gè)過程就是在利用地?zé)醽?lái)“燒開水”，將涼水變?yōu)闊崴砩喜⒉粡?fù)雜，但是現(xiàn)有的勘探技術(shù)無(wú)法鉆取到地球的深層，只能對(duì)埋藏較淺的干熱巖進(jìn)行開采。

當(dāng)然，在進(jìn)行開采之前還需要做好充足的準(zhǔn)備，了解整個(gè)資源的分布以及確定巖石縫隙的走向，有利于實(shí)現(xiàn)較高的能量轉(zhuǎn)化率和較低的成本。

干熱巖開發(fā)有哪些嘗試及挑戰(zhàn)?

不知不覺，干熱巖的研究歷史也即將跨過半個(gè)世紀(jì)，但大多只局限在歐美、日本、澳大利亞等發(fā)達(dá)國(guó)家，它們建立了多處開發(fā)利用試驗(yàn)研究基地。而我國(guó)在高溫巖體地?zé)岬拈_發(fā)研究起步較晚，目前仍處于探索實(shí)踐階段。

2012年，我國(guó)啟動(dòng)了863計(jì)劃，正式開展干熱巖的熱能開發(fā)與利用項(xiàng)目。

經(jīng)過資源勘探和技術(shù)可行性分析，位于青海的共和盆地是干熱巖開采條件最優(yōu)質(zhì)的地方，地下4千米的溫度能達(dá)到200℃，是一塊絕佳的干熱巖基地。我國(guó)也在這里打下了第一口干熱巖井，探明了干熱巖資源。

隨后，又在海南福山等地進(jìn)行打井。然而，受限于高溫鉆完井等核心技術(shù)，我國(guó)所鉆干熱巖井均屬于勘探井，并沒有開發(fā)井。

雖然干熱巖儲(chǔ)量大、無(wú)污染，但由于深部鉆探技術(shù)的不成熟、壓裂的高昂成本，它的開采難度極大，放眼全球，真正成功運(yùn)行的干熱巖項(xiàng)目屈指可數(shù)。

干熱巖利用還可能有哪些問題?

盡管干熱巖開發(fā)仍然處在初級(jí)階段，距離大規(guī)模利用還有很長(zhǎng)的路要走，但另一方面，我們需要提前考慮到它會(huì)帶來(lái)哪些危害。

其中，因?yàn)閴毫褞r體時(shí)需要施加巨大的力量，改變了天然的應(yīng)力場(chǎng)，再加上人工活動(dòng)會(huì)讓裂隙活化，因此干熱巖的開發(fā)可能會(huì)誘發(fā)地震。此外，還有理論認(rèn)為，干熱巖開采可能會(huì)提前透支地球的保溫機(jī)制，加速地球的冷卻，也許這只是杞人憂天。

“我們的征途是星辰大海”，面對(duì)廣袤的太空和深邃的海洋，我們充滿了求知進(jìn)取的動(dòng)力和勇氣，但不得不承認(rèn)的是，我們對(duì)腳下這片土地卻知之甚少，也許在地殼更深處埋藏著更多的秘密。