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干热岩发电:挖掘地球热能

2019-09-10

文萃报·周二版 2019年52期
关键词:热源蒸汽发电

位于冰岛西南角的雷克雅内斯半岛风景优美,地表岩石的年龄约为100万年。时至今日,此处地表形状仍被熔岩流不断重新塑造。初到这里的人多半会立刻察觉到周遭的空气里充斥着腐蛋臭味(硫化氢的气味),以及地热田不断朝上空喷发出的巨大蒸汽柱。

从开采角度看,地热能是仅次于太阳能的第二大清洁能源。全球地表以下10千米范围内的地热总量相当于全球煤炭储量的1.7亿倍,其中可利用量相当于5000万亿吨标准煤。如果按照全世界每年消耗190亿吨标准煤计算,这些地热能可以供全人类使用数十万年。

地球内部这极为庞大的热量来自何处?其实,超过半数的地热来自于地球内部矿物质的放射性衰变,其中铀238、铀235、钍232、钾40等元素是释放能量的主力军。那这些放射性元素会不会烧完呢?这也不用担心,因为这四种放射性元素半衰期通常都在几十亿年,寿命很长。

开采干热岩中的地热能可规避许多其它新能源面临的难题——风会停,天会阴,但地热不会断。核电、水电又有各自的环境、生态问题要解决。地热能不但供应稳定、清洁并可再生,而且储量丰富。当然,地热发电厂也有缺点,比如初期勘探成本高,因为有开采价值的稳定地下热源很难寻找。地热发电厂的地理局限性也很大,既要有浅层地下热源,也需要水资源充沛,岩层之间还要有贯通的孔隙让水流通过,从而实现换热。即便找到了这样的热源,钻井费用也是高得惊人。

迄今为止,人类对地热这座能源宝库的开发利用远不及太阳能或风能等新能源。

科学家迫切希望解答两个问题:如何从地下获取更多热量?如何从地质条件不理想的地区获取地热?1970年,美国科学家莫顿和史密斯提出了利用地下干热岩体发电的设想。所谓干热岩,就是地下深处普遍存在的没有液态水或水蒸气的致密、不渗透的热岩。

1972年,他们在美国新墨西哥北部打了两口约4000米的深斜井,并从一口井中注入冷水,再从另一口井中抽取高温蒸汽。結果让人兴奋,蒸汽功率达2300千瓦。后人在此基础上,利用高压冷水压裂干热岩,形成破碎带(人工热储),让干热岩尽可能增加暴露表面积,提高冷水的渗透率。

这种新技术被称为增强型地热系统(简称EGS)。它的原理是利用水等介质,从地表下3~10千米的干热岩中获取热量发电,十分类似于往烫石头上浇水获取蒸汽的芬兰桑拿浴。干热岩资源遍布全球,是一种无处不在的资源。

我们正在能源转型路口,如何找到理想新能源?干热岩发电为我们展示了一个我们够得着的明天。

就在今年5月,我国成功试采了可燃冰,在新能源利用上又飞跃了一步,然而这还没过多久,又一个捷报传来,目前科学家在青海共和盆地钻获了236℃的高温干热岩。这次储量可是相当于17万亿吨煤,不夸张地说,这一突破,甚至将改变能源利用的版图。

我国在这方面的研究起步较晚,缺乏关键技术,但是在科研人员的努力下,前后攻克了选址、高温钻井、深孔高温高压测温等关键技术。在5个干热岩勘探孔中都成功钻获到干热岩体。还一直钻到了3700米处,打到了236℃的干热岩。这也是我国钻获的温度最高值的干热岩。这个科研突破,当然让我们喜大普奔。从页岩气到可燃冰,再到干热岩,中国三大新能源连续获得世界性突破。看来中国能源格局的改革真的不远了。

(摘自《大自然探索》)

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