 干热岩发电 导 言 在大地的深处隐藏着一股巨大的能源，它存在于那些不起眼的岩石之中，这种利用岩石发电的技术被称作干热岩发电。  🔼2014年在青海发现温度达153℃的干热岩，是我国首次钻探发现干热岩。 大概是目睹了火山喷发的力量之后，人类就一直在寻找开发这种古老而巨大的能量的方法。寻寻觅觅，终于找到了一种利用干热岩体发电的手段。它在1970年被美国人莫顿和史密斯提出，但是，它的提出并没有引起多少人的注意，甚至是到了科学技术迅猛发展的2018年，它的潜在价值也没有被很好的发掘。 什么是干热岩？ 干热岩(hot drynoodlerock)是靠热来发电的。目前对于干热岩的正统定义是——增强型地热系统（EGS）。广义上我们可以理解成一种地热资源，是一般大于200摄氏度、深埋数千米、内部不存在流体或存在少量地下流体的高温岩体。  干热岩发电过程 干热岩发电是20世纪70年代由美国加州大学研究人员提出的。其基本理论是在高温但不存在流体或仅有少量地下流体的高温岩体中，通过水力压裂等方法制造出一个人工热储水库，将地面冷水注入地下深处以获取热能，然后将热水导出至地面进行发电。  为了获得地下的干热岩资源我们需要几个步骤： 1. 首先从地表往干热岩层中打一眼井（注入井）。 2. 封闭井孔后向井中高压注入温度较低的水，以产生非常高的水压力。 3. 高压最终在岩层处产生一个大致呈面状的人工干热岩热储构造。 4.在注入井的合理位置上再钻几口竖井，贯通人工热储构造，它们是用来回收高温水、汽的生产井。 5.提取出的高温蒸汽可以用于地热发电和综合利用，使用后的温水又通过注入井回到干热岩中，从而达到循环利用的目的。  干热岩凭借它巨大的储量、环保无污染的优势成为了新能源中升起的新星。在干热发电概念提出四年后，美国在新墨西哥州启动了世界上第一个干热岩发电项目。之后，英国、日本、法国、澳大利亚等国家也相继投入了研发力量。  🔼2009年1月，澳大利亚建成一座1000kW 的示范电站，专为建站地点的小镇供电。准备3年后再钻9眼深井，建成一座5万kW的干热岩发电站。 位于法国东北部苏尔茨地热田是欧洲近几年来基于增强型地热系统中比较成功的一个技术案例。它在2013年实现了稳定利用干热岩技术的地热发电目标，并且成功投入了商业化持续运行。它的诞生使得干热岩从一个纯粹的科研项目变成了具有一定可行性的商业项目。  🔼法国苏尔茨地热田 我国干热岩的开发 我国对干热岩的研究和开发比较晚，但发展迅速。2015年，十二五规划之后，我们顺利在福建开凿了第一个干热岩资源勘查深井，井深达到4000m。  🔼浅层地热资源分布状况 2017年9月在青海省共和盆地取得重大勘察突破，初步建立起不同尺度下干热岩勘查开发选取评价体系和干热岩资源评价方法。总的来说，我们还处于干热岩开发的起步阶段，但已经有不少专家在为干热岩打call，表示看好。 我国地热资源丰富。经科学测算，有国内专家认为，中国大陆3~10公里深处干热岩资源总计为2.09×107EJ，合7.149×1014吨标准煤，高于美国本土(不含黄石公园)干热岩地热资源量(1.4×107EJ)。若按2%可开采资源量计算，相当于中国大陆2010年能源消耗总量的4400倍。  🔼青海共和盆地发现干热岩，深度3705m，温度高达236℃ 从区域分布上看，青藏高原南部占中国大陆地区干热岩总资源量的20.5%，温度也最高；其次是华北(含鄂尔多斯盆地东南缘的汾渭地堑)和东南沿海中生代岩浆活动区(浙江、福建、广东)，分别占总资源量的8.6%和8.2%;东北(松辽盆地)占5.2%;云南西部干热岩温度较高，但面积有限，占总资源量的3.8%。  开发干热岩有哪些益处? 1.无温室气体排放。基于干热岩资源利用的新式发电系统不燃烧化石燃料，因此不会排放温室气体二氧化碳和其他污染物。  2.干热岩可循环利用。冷水变热后可能最终会使岩石温度降低到20℃左右，因此一处干热岩发电站可能只能连续工作20年左右。但是，这个热储库关闭后，地心的炽热岩浆会重新加热这些岩石。几十年后，这些热岩就能再次被用于发电。而且，在关闭期间，发电站可以得到充分的维修和技术升级，为下次发电做好准备，实现周期性循环发电。 3.干热岩储能丰富。开采使用干热岩，可满足人类长期使用需要。研究表明，只要开发地球上3~10公里深度中2%的干热岩资源储量，就能产生2×1020EJ能量，是美国2005年全年能耗总量的2800倍。也有专家保守估计，地壳中距地表3~10公里深处的干热岩所蕴含的能量相当于全球石油、天然气和煤炭所蕴藏能量的30倍。 开发干热岩面临哪些困难 1.热储水库建设难。干热岩地热利用，要求在地下形成广泛的裂隙，让低温水流经它们来实现干热岩热交换，其前提是要打造地下热储水库。目前，主要有人工高压裂隙、天然裂隙、天然裂隙-断层3种模式。其中研究最多的是人工高压裂隙模式，即人工高压注水到井底，高压水流使岩层中原有的微小裂隙强行张开或受水冷缩产生新的裂隙。随着低温水的不断注入，裂缝持续扩大、增加，并相互联通，最终形成面状的人工热储水库。 2.钻井技术与装备要求高。开发干热岩地热资源需要深井钻探，钻打高温岩体钻头的耐热度需要达到350℃。另外，在实际工作中需要应用防斜钻井技术，这将增加开发过程中的难度和生产费用。 3.用水与水源问题。这项工艺需要借助大量水的循环。每次提取地热资源时，都要给地下岩石水库注水，在循环过程中流失的水还得补充。因此，热储库周边应当有充足的水源供应。当然，也有专家正在研究用超临界的二氧化碳作为循环液。这种方法可以避免水溶液注入可能产生的一系列问题，同时实现二氧化碳的资源化。不过，这项研究才刚刚起步，仍有不少技术难题有待解决。 此外，除技术发达国家外，世界上大部分国家对干热岩领域重视不足，基础地热地质勘察工作薄弱，勘察手段不完善，基础研究不深入等，也制约了干热岩资源的商业性开发。 习题链接 练习一 2017年9月6日，国土资源部宣布：我国首次在青海省共和㑚705米深处钻获200℃以上的大规模可利用干热岩资源。干热岩是指地层深处不含水或蒸汽的致密不透的热岩体，其主要用于发电，发电成本仅为风力发电的一半，为太阳能发电的十分之一。读干热岩发电原理示意图，完成1—3题。 1. 干热岩属于 A. 沉积岩 B. 化石能源 C. 玄武岩 D. 地热资源 2. 与风能发电相比，干热岩发电 A. 不占用土地资源 B. 不受气象制约 C. 生产技术要求低 D. 清洁无污染 3. 若青海省共和盆地的干热岩大规模开发利用，最可能导致当地 A. 地下水位明显下降 B. 地表温度升高 C. 太阳能开发会减少 D. 地壳运动活跃 解析与答案 1.D 【解析】读材料可知：“干热岩是指地层深处不含水或蒸汽的致密不透的热岩体，其主要用于发电”，故属于地热资源，选D。 2.B【解析】风能发电和干热岩发电都需要占用较多土地资源，都清洁无污染，A、D错；风能发电受气象条件制约明显，干热岩发电不受气象条件制约，B对；干热岩发电对生产技术要求更高，C错。选B。 3.C【解析】读图可知，干热岩发电中的水资源是循环利用的，故不会造成地下水位明显下降，A错；读图可知，干热岩发电中热水导出地表被用来发电，故不会导致地表温度升高，B错；因干热岩发电成本仅为太阳能发电的十分之一，若青海省的干热岩大规模开发利用，最可能导致当地太阳能开发减少，选C；读图可知，在干热岩发电过程中，最终会形成面状的人工热储水库，而其外围仍然保持原状态，故对地壳活动影响不大，D错。 练习二 干热岩是温度大于200℃、埋深3-10千来的高温岩体，这种岩体的绝大部分为侵入岩。 可燃冰是天然气水合物。当海洋板块下沉到地球内部时，海底天然气便在板块交界带边缘上涌，在接触冰冷海水和深海压力下形成水合物。下图为岩石圈物质循环示意图。据此完成4—6题。 4.图中导致干热岩形成的主要地质作用和岩石类型是 A. ①、乙 B. ②、丙 C. ③、沉积岩 D. ④、甲 5.青藏高原南部是我国干热岩资源最丰富的地区，这是因为这里 A. 地处高海拔的高原 B. 地壳的厚度较薄 C. 靠近板块交界地带 D. 玄武岩地层广布 6.可燃冰多形成于 A. 海岭附近的深海盆 B. 海沟附近的沉积岩 C. 三角洲附近的浅海 D. 高纬的较寒冷海域 解析与答案 4.A【解析】干热岩绝大部分为侵入岩，属于岩浆岩。根据图中箭头方面，丙与沉积岩可相互转化，丙是变质岩。岩浆只能形成岩浆岩，甲是岩浆，经①作用，冷却凝固作用，形成乙岩浆岩。导致干热岩形成的主要地质作用和岩石类型是①、乙，A对。B、C、D错。 5.C【解析】青藏高原南部是我国干热岩资源最丰富的地区，这是因为这里靠近板块交界地带，岩浆活动频繁，C对。干热岩绝大部分为侵入岩，高海拔的高原不是主要成因，A错。地壳的厚度较厚，B错。玄武岩是喷出岩，不是干热岩的形成条件，D错。 6.B【解析】可燃冰多形成于海洋板块下沉到地球内部的板块交界地带，是大洋板块俯冲到大陆板块下面，位于板块消亡边界，应是海沟附近的沉积岩，B对，A错。三角洲附近的浅海、高纬的较寒冷海域与板块构造无关，C、D错。 练习三 读图文材料，回答下列问题。 干热岩，一般是指温度大于200摄氏度，埋深数千米，内部不存在流体或仅有少量地下流体的高温岩体，它遍布地球每个角落的地下几千米深处。干热岩地热发电的流程为：通过注入井将低温水输入地下4-8千米的岩层中，经过高温岩体加热后，再通过生产井将高温水、汽回收发电。发电后将冷却水通过高压泵再排至注入井中，重新循环利用。干热岩地热发电的成本与以煤炭和天然气为燃料的火力发电站的成本大体相当，是风力发电的一半，太阳能发电的十分之一。从1985年开始，日本开始对开发该能源进行研究，至2002年8月建立了干热岩发电厂。 （1）简述与太阳能发电相比，干热岩地热发电的优势。 （2）简析日本开发干热岩地热能的优势条件。 解析与答案 【解析】 （1）太阳能发电源于太阳，占地较广，受天气、地域等因素影响较大。与太阳能发电相比，干热岩地热发电受气候、天气、时间限制小；干热岩热储量大，能源供应稳定可靠；分布广泛，地域限制小；资源可循环利用：发电成本低。 （2）日本开发干热岩地热能与其储量丰富、缺乏能源矿产、市场大、科技强等条件有关。日本地处板块交界地带，地壳活跃，干热岩地热能资源丰富；日本经济发达，常规能源资源短缺，能源消费市场广阔；日本是发达国家，资金雄厚，技术水平高；基础设完善；政策支持等。 【答案】 （1）受气候、天气、时间限制小；干热岩热储量大，能源供应稳定可靠；分布广泛，地域限制小；资源可循环利用；发电成本低。 （2）地处板块交界，地壳活跃，干热岩地热能资源丰富；日本经济发达，常规能源资源短缺，能源消费市场广阔；日本是发达国家，资金雄厚，技术水平高；基础设完善；政策支持。 注：来自公众号如此这般学地理。 |
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