山東發(fā)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(lái)源:科普中國  瀏覽:  

2020年9月22日,我國在第75屆聯(lián)合國大會(huì )上正式提出2030年實(shí)現碳達峰、2060年實(shí)現碳中和的目標。雙碳政策的實(shí)行使得傳統化石能源備受沖擊,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)展機遇。近日,一些媒體稱(chēng),山東發(fā)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(shí),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(wú)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(méi)有或僅有少量致密流體。

與太陽(yáng)能、風(fēng)能等常規的新能源不同,干熱巖來(lái)源于地球內部(地熱能),因此不受氣候影響,發(fā)電也更為穩定。

由于干熱巖的溫度很高,發(fā)電過(guò)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(lái)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(xué)規律,距離地表越深,溫度越高,因此,只要能夠開(kāi)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(huì )引發(fā)火山爆發(fā)或地震。

盡管我們已經(jīng)可以通過(guò)技術(shù)手段“馴服”一部分地熱能,例如,溫泉就是生活中最常見(jiàn)的地熱能利用形式,整個(gè)過(guò)程是非常環(huán)保,并且可以長(cháng)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別。

干熱巖如何開(kāi)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。

根據成因和產(chǎn)出條件的不同,地熱能可大致分為水熱型和干熱型兩類(lèi)。溫泉就屬于水熱型地熱能,它通過(guò)對水熱系統中流體的開(kāi)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(shí)際上,絕大多數的地熱能也都是干熱型,而通過(guò)人工壓裂形成增強型地熱系統,才能開(kāi)采利用這部分地熱能。

干熱巖的開(kāi)發(fā)原理并不復雜,簡(jiǎn)單地說(shuō),就是給地球裝上一個(gè)“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(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(zhù)低溫水的不斷注入,裂縫便會(huì )不斷增加、擴張,并相互連通,最后形成一個(gè)面狀的儲熱空間。而這些注入的水沿著(zhù)裂隙運動(dòng),它們與周?chē)臒釒r石發(fā)生熱交換,變?yōu)榱烁哌_200-300℃的高溫高壓的水汽混合物。

之后,在這個(gè)儲熱空間上繼續打井,將高溫水汽傳輸到地面,用于地熱發(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(guò)程就是在利用地熱來(lái)“燒開(kāi)水”,將涼水變?yōu)闊崴?,原理上并不復雜,但是現有的勘探技術(shù)無(wú)法鉆取到地球的深層,只能對埋藏較淺的干熱巖進(jìn)行開(kāi)采。

當然,在進(jìn)行開(kāi)采之前還需要做好充足的準備,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)現較高的能量轉化率和較低的成本。

干熱巖開(kāi)發(fā)有哪些嘗試及挑戰?

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

2012年,我國啟動(dòng)了863計劃,正式開(kāi)展干熱巖的熱能開(kāi)發(fā)與利用項目。

經(jīng)過(guò)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(kāi)采條件最優(yōu)質(zhì)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(jìn)行打井。然而,受限于高溫鉆完井等核心技術(shù),我國所鉆干熱巖井均屬于勘探井,并沒(méi)有開(kāi)發(fā)井。

雖然干熱巖儲量大、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(kāi)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(wèn)題?

盡管干熱巖開(kāi)發(fā)仍然處在初級階段,距離大規模利用還有很長(cháng)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,因為壓裂巖體時(shí)需要施加巨大的力量,改變了天然的應力場(chǎng),再加上人工活動(dòng)會(huì )讓裂隙活化,因此干熱巖的開(kāi)發(fā)可能會(huì )誘發(fā)地震。此外,還有理論認為,干熱巖開(kāi)采可能會(huì )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(yōu)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(mǎn)了求知進(jìn)取的動(dòng)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(zhù)更多的秘密。

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