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山東發現"可供中國使用3800年"的清潔能源?應該先了解真相

2022-02-21 11:24  來源:科普中國  瀏覽:  

2020年9月22日,我國在第75屆聯合國大會上正式提出2030年實現碳達峰、2060年實現碳中和的目標。雙碳政策的實行使得傳統化石能源備受沖擊,而太陽能、風能等清潔可再生能源則又迎來了一波發展機遇。近日,一些媒體稱,山東發現新能源“巨大寶藏”,儲量大約相當于180億噸煤炭,可供中國使用3800年。

其實,早在2016年和2019年,就有此報道。

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

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℃,埋藏在數千米深的地下,其內部沒有或僅有少量致密流體。

與太陽能、風能等常規的新能源不同,干熱巖來源于地球內部(地熱能),因此不受氣候影響,發電也更為穩定。

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

據估算,全球干熱巖的資源量是所有煤、石油等化石能源的近30倍,根據地熱學規律,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,地熱能又是極其危險的,一旦失控將會引發火山爆發或地震。

盡管我們已經可以通過技術手段“馴服”一部分地熱能,例如,溫泉就是生活中最常見的地熱能利用形式,整個過程是非常環保,并且可以長時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別。

干熱巖如何開發?

距地表3千米以下的地殼,主要由火成巖和變質巖組成,特點是有足夠的溫度,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。

根據成因和產出條件的不同,地熱能可大致分為水熱型和干熱型兩類。溫泉就屬于水熱型地熱能,它通過對水熱系統中流體的開采即可獲取地熱能。

而干熱巖結構緊密,內部裂隙較小,不含或僅含少量流體,屬于干熱型地熱能,實際上,絕大多數的地熱能也都是干熱型,而通過人工壓裂形成增強型地熱系統,才能開采利用這部分地熱能。

干熱巖的開發原理并不復雜,簡單地說,就是給地球裝上一個“熱水龍頭”。

首先,在儲存干熱巖區域的地面上打一口豎井,當它到達干熱巖層后,封閉井孔并向井中注水,使井中產生高壓。由于巖體致密,高壓水會使巖體產生裂縫,而隨著低溫水的不斷注入,裂縫便會不斷增加、擴張,并相互連通,最后形成一個面狀的儲熱空間。而這些注入的水沿著裂隙運動,它們與周圍的熱巖石發生熱交換,變為了高達200-300℃的高溫高壓的水汽混合物。

之后,在這個儲熱空間上繼續打井,將高溫水汽傳輸到地面,用于地熱發電和熱能的綜合利用,利用之后的溫水又可以注回井中,回灌到干熱巖中進行循環利用。

這個過程就是在利用地熱來“燒開水”,將涼水變為熱水,原理上并不復雜,但是現有的勘探技術無法鉆取到地球的深層,只能對埋藏較淺的干熱巖進行開采。

當然,在進行開采之前還需要做好充足的準備,了解整個資源的分布以及確定巖石縫隙的走向,有利于實現較高的能量轉化率和較低的成本。

干熱巖開發有哪些嘗試及挑戰?

不知不覺,干熱巖的研究歷史也即將跨過半個世紀,但大多只局限在歐美、日本、澳大利亞等發達國家,它們建立了多處開發利用試驗研究基地。而我國在高溫巖體地熱的開發研究起步較晚,目前仍處于探索實踐階段。

2012年,我國啟動了863計劃,正式開展干熱巖的熱能開發與利用項目。

經過資源勘探和技術可行性分析,位于青海的共和盆地是干熱巖開采條件最優質的地方,地下4千米的溫度能達到200℃,是一塊絕佳的干熱巖基地。我國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行打井。然而,受限于高溫鉆完井等核心技術,我國所鉆干熱巖井均屬于勘探井,并沒有開發井。

雖然干熱巖儲量大、無污染,但由于深部鉆探技術的不成熟、壓裂的高昂成本,它的開采難度極大,放眼全球,真正成功運行的干熱巖項目屈指可數。

干熱巖利用還可能有哪些問題?

盡管干熱巖開發仍然處在初級階段,距離大規模利用還有很長的路要走,但另一方面,我們需要提前考慮到它會帶來哪些危害。

其中,因為壓裂巖體時需要施加巨大的力量,改變了天然的應力場,再加上人工活動會讓裂隙活化,因此干熱巖的開發可能會誘發地震。此外,還有理論認為,干熱巖開采可能會提前透支地球的保溫機制,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”,面對廣袤的太空和深邃的海洋,我們充滿了求知進取的動力和勇氣,但不得不承認的是,我們對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。

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