王巧然
进入12月,北方进入冰冻模式。以“入地”见长的石油人,不禁动起了小心思,地下涌动的热能能否温暖我们的寒冬呢?瞧,聪明的你是不是也想到地热了。对,就是用地热来供暖。
我国从20世纪70年代开始地热普查、勘探和利用,在广东丰顺、河北怀来、江西宜春等地建设了中低温地热发电站,以及西藏羊八井24兆瓦中高温地热电站;90年代以来,北京、天津、保定、咸阳、沈阳等城市开展中低温地热资源供暖、旅游疗养、种植养殖等直接利用工作。本世纪初以来,热泵供暖(制冷)等浅层地热能开发利用逐步加快发展。
除了温泉、地源热泵等浅层地热,还有没有其它地下热能呢?其实干热岩就是取之不尽用之不竭值得我们好好关注的“暖宝宝”。之前包括两院院士汪集暘、李根生、曹耀峰、金之钧等在内的一大批国内外知名科学家都在关注研究它。我们来科普一下,干热岩是一种没有水或蒸汽(或是含少量水而不能流动),普遍埋藏于距地表3~10千米的地层深处,温度介于180~650摄氏度的高温岩体,蕴藏在其中的热能,就是干热岩地热能。干热岩是怎么形成的?下图很全面的告诉你干热岩资源成因和分类:

从全球来看,干热岩的分布
强烈构造活动带型:环太平洋地震带(美国西海岸),喜玛拉雅-印度洋板块(中国)
板块内部地壳减薄区:欧洲上莱茵地堑,法国、德国
近代火山型:日本、冰岛
板内高放射性花岗岩发育区:澳大利亚

我国干热岩分布
强烈构造活动带型:青藏高原。欧亚和印度洋板块挤压,有侵入体和熔融体等高温岩浆热源。
沉积盆地型:松辽盆地、汾渭地堑等中新生代断陷盆地的下部,沉积覆盖层具有较高的地温梯度,与水热型地热系统共生。
近代火山型:分布腾冲、长白山、五大连池等地区,底部岩浆活动密切相关。
高放射性产热型:东南沿海,发育许多大型的中生代酸性花岗岩类岩体。

之前中国地调局数据显示,中国大陆3~10千米干热岩资源总量数据显示其总量为2.5×1025焦(合856万亿吨标煤)。总量是我国油气、煤炭总资源量的30倍。
全球地热资源量约4900万亿吨标煤,中国约占全球资源量的1/6。
可以说我国干热岩资源丰富、分布广泛,且绿色无污染。
然而,干热岩开发技术属于世界性难题,国际上通用的干热岩开发技术是增强型地热系统(EGS技术),该技术是为了开发具有经济价值的地热资源而创建的人工地热系统,作为干热岩地热资源开发的首选技术。
为何这么说呢?因为干热岩无水或少水,裂缝欠发育,需要人工创建热储进行开发,增强型地热系统(EGS)是开发干热岩资源的具体工程系统。美、法、德、英、日、澳等国家起步较早,已经建立了31个试验性质的EGS工程,累积发电能力约12.2兆瓦,但仍处于试验和示范阶段,还没有实现商业化开发。尽管国际上对干热岩研究起步较早,但由于资金、技术等限制,目前仅有几个小规模、试验性质的干热岩(EGS)发电示范工程,还没有一个完全规模化、商业化正式运行的干热岩(EGS)项目。
国内干热岩的勘探开发还处于勘察阶段,近年来中国也在加大干热岩开发的研究投入,2010年国土资源部启动了公益性科研项目“我国干热岩勘查关键技术研究”,主要开展干热岩高温钻探技术方面的研究。
2012年,吉林大学、清华大学、中国科学院广州能源研究所承担了国家高新技术研究发展计划(863计划)项目“干热岩热能开发与综合利用关键技术研究”,开启了我国专门针对干热岩工程的研究。但是,总体上我国的干热岩开发,还处于初级阶段,相比国外存在很大差距。
2016年8月国务院印发《“十三五”国家科技创新规划》中,比较系统地在深海、深蓝、深空、深地(含干热岩)等能够拓展国家战略利益、保证国家战略优势的领域做出了部署。深地研究必将对干热岩的勘探开发带来重要的推动作用。
2017年1月,国家发改委、能源局以及国土资源部联合发布《地热能开发利用“十三五”规划》(简称《规划》)指出,全面推进能源生产和消费革命战略,以调整能源结构、防治大气污染、减少温室气体排放、推进新型城镇化为导向,创新地热能开发利用模式,积极培育地热能市场,按照技术先进、环境友好、经济可行的总体要求,全面促进地热能有效利用。
中国石化在2015年6月设立了“干热岩地热资源潜力评价与钻探靶区优选方法前瞻研究”项目,由中国石化新星石油公司承担,2016年12月验收。在此基础上,今年5月又设立了“干热岩勘探开发关键工程技术研究”项目,由中国石化工程院、勘探院、新星石油公司联合承担。中国石油上世纪70年代就开始地热勘探开发,持续支持国内外地热利用技术研发。近年来,又开展了油田地热资源评价、地热综合利用等研究工作,并设立专项资金支持华北、大庆、辽河、冀东等油田一批地热示范项目建设。长城钻探还承担了肯尼亚高温地热工程项目。
目前,中国石油建成并运行40多个地热利用项目,拥有地热资源评价和综合利用所需的地质、地球物理和钻完井等核心技术,为加快地热业务发展积累了很好的技术基础和经验。
众所周知,“地球是一个庞大的热库,有取之不尽、用之不竭的能量”(李四光语——大意)。但地热资源分布极不均匀,往往在有需求的地方没有足够的资源,而在没有需求的地方资源又很丰富,这就存在一个供需矛盾的问题。
因此,中国科学院院士汪集暘用地球充电/热宝(Earth Charger)来比喻地热开发利用这一新途径,他提出,所谓“地球充电/热宝”是指以地球介质为载体的(地热+)多能互补储/供能系统。该系统可将各种形式的能量储存于地下并按需求取出加以利用,是地热开发利用的一条新途径。地球充电/热宝,要不要来一个?
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责编:王琳琳
校对:刘芳



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