日前,我国科学家在青海共和盆地3705米深处钻获236℃的高温干热岩体。科研人员称,这五口井在打到2000多米的时候都接触到了干热岩,在3705米时获取了高品质的干热岩。
地热资源是新能源中的佼佼者,而干热岩又是其中最具应用价值和利用潜力的清洁能源。
地热来自于地球内部,地核散发的热量透过地幔的高温岩浆传达至地壳,这种热能就称为地热能,简称地热。
图为不同地球圈层结构的温度示意。注:图中使用的温标为华氏温标
可供开发利用的地热一般处在板块构造边缘,如环太平洋地震带、大西洋中洋脊、地中海-喜马拉雅交界等。
全球地热热点分布,这些区域地幔温度较其他区域表现出异常。
由于地壳板块推挤或扩张,造成火山活动,以致区域性地温升高,大量热能传到浅部地层,目前的技术只能在部分地质适宜的区域,针对集中在地壳浅部的热能予以开发利用,将来若能更进一步开发较深层的地热时,则热能源源不绝,故地热常被称为永不枯竭的资源。
常见的地热依其储存方式,可约略分为如下两种类型:
水热型:又名热液资源,指地下水在多孔性或裂隙较多的岩层中吸收地热,其所储集的热水及蒸汽,经适当提引后可为经济型替代能源,即现今最常见的开发方式。
干热岩型:又名热岩资源,指浅藏在地壳表层的熔岩或尚未冷却的岩体,可以人工方法造成裂隙破碎带,再钻孔注入冷水使其加热成蒸汽和热水后将热量引出,其开发方式尚在研究中。
凡是有温泉、喷泉或高温岩石分布的区域都可以称为地热区。
尽管世界上已有许多地区对地热作广泛的应用,但它的储量仍远比目前被人们所运用的总量高出很多。
其高温高压的地下水和水蒸气最具实用性,它们主要存在于热干岩层中,可透过钻井的方式将之引出,用于地热发电。
地热发电的基本原理是利用无止尽的地热来加热地下水,使其成为过热蒸汽后,当作传热介质以推动涡轮机旋转发电。
图示为干热法发电系统,包括热交换设备、冷却装置、发电设备、地表冷水供应水库、热质供应井、冷水输入井、监测装置等部分。
换言之,即将地热转换为机械能,再将机械能转换为电能;这种以蒸汽来旋转涡轮的方式,和火力发电的原理是相同的。不过,火力发电推动涡轮机的工作流体必须靠燃烧重油或煤炭来维持,不但费时且过程中易造成空气污染;相反的,地热发电等于把锅炉和燃料都放在地下,只需将蒸汽取出便能够达到发电的目的。
对于做为导热介质的高温地热水,通常采用压力骤降使之迅速汽化,紧接导入低压蒸汽涡轮机产生动力发电的方法。
热干岩处于地下4~6公里深的结晶岩岩层,那里大量分布着水温约200℃的高压水。
导热介质若为干而高温的过热蒸汽,可直接通入涡轮机;若同时含有水蒸气和热水,则须先将二者分离,先用水蒸气推转涡轮机使之凝结为热水,如果热水温度仍较高,则可经闪化处理再利用或另作他途。
发电系统末端的冷凝水经适当控温后可以排入河川,或回注地下以免地层下陷。
热干岩层法开采地热,在地球上的适用范围比水热法更辽阔,开发前景实为宽广。
实际上,从上个世纪70年代开始,全球多个国家一直在进行着干热岩的开发利用试验研究,目前国际上美、英、澳等国已建立了多处开发利用试验研究基地。美国已经初步在某些地区进行了干热岩的实验性发电。总体来看,干热岩的开发特别是商业开发,尚处于探索阶段。
人类从茹毛饮血的时代开始,到可以开采煤炭用来燃烧提供能源,到可以提炼石油为机动车提供动力,到可以利用水力风力发电,再到使用可裂变装置实现电能的长效供应,木材、煤炭、化石燃料、核能,提供能源的物质一致都在变。
科技才是人类最重要的能源,大范围使用地热能看似是个美好的幻想,一旦技术突破后,或许真就改写了能源版图。
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