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深部地热开发须让科学说话

来源:福建热能 发布时间:2016-11-16 点击数:920

 发布日期:2016-10-12  来源:中国科学报

 

[摘要]:汪集旸多吉庞忠和 目前以地源热泵为代表的浅层地热能开发走在其他类型地热能利用的前面,而干热岩的开发,却是热情诚可嘉,行动需严谨

 
汪集旸


多吉


庞忠和

      目前以地源热泵为代表的浅层地热能开发走在其他类型地热能利用的前面,而干热岩的开发,却是“热情诚可嘉,行动需严谨”。

 

      “地球表面二三十米以内的土壤的热量来自太阳,再往深处的岩石的热量都是来自地球内部的自身热度了。”在首届干热岩开发专题研讨会上,中国科学院院士汪集旸表示。

 

      地球从地面至地心,随着深度的增加,温度也在不断地提高。地球内部是个庞大的热库,放射性元素的衰变是地球热能的主要来源之一。这个热库不仅储能而且生热,有“永不枯竭的能源”“人类的终极能源”之称。

 

      按照埋藏深度,地热资源又有浅层和中深层地热能之分,其中埋深数千米、温度超过200℃的,内部不存在流体或仅有少量流体的高温岩体又被称为干热岩。目前以地源热泵为代表的浅层地热能开发走在其他类型地热能利用的前面。但是,对于干热岩的开发,中国能源研究会地热专业委员会专家委员会主任郑克棪认为,却是“热情诚可嘉,行动需严谨”。

 

      干热岩开发要尊重科学

 

      干热岩的能量巨大。“国土资源部及有关部门对我国干热岩资源进行了开发潜力分析,3千米至10千米深处的干热资源储量相当于860万亿标准煤,其中利用2%就相当于2014年我国能源消耗总量的4400倍。”中国工程院院士多吉介绍说。

 

      汪集旸指出,企业如果要涉足干热岩开发,就要尊重科学,慎之又慎:“按照美国现在的技术条件,国际上对干热岩的开发利用是有界定的,包括岩石温度必须大于等于200度、水汽流量必须大于80公斤/秒、热储体积一般大于1立方千米,这样才有开发价值。”

 

      无论是美国或是欧洲、澳大利亚等,成功开发干热岩的案例并不多,国际上开发干热岩有两种做法,一种是在现有水热系统深部寻找干热岩体,“如美国的Geysers和德国的Landau,通过重新打井压裂或采取增强地热系统技术,增加了产能。”汪集旸说。

 

      另一种方法是在没有任何天然水热系统与地表热显示的地区开发干热岩,“完全要人造出一个水热系统,谈何容易。”汪集旸认为,我国应该采取国际上的第一种做法,在现在已开发的天然水热系统深部开发干热岩,例如我国的首选之地——西藏羊八井。根据MT探测,羊八井深度8公里~10公里,有大型未固结的花岗岩基存在。“从长远来看,在全国范围内,应在下列两类地区找干热岩:具有新生代大型花岗岩基的地区,如西藏、东北;有可能存在新生代热点的地区,如海南。”

 

      国家级干热岩开发试验遇尴尬

 

      “干热岩发电研究在世界范围已经有40年的时间,迄今实现了11.2兆瓦的总装机容量,但真正的干热岩开发尚未完全成功。”多吉坦言,“新技术再前沿,其研发除了客观性和科学性以外,必须考虑经济性和技术的可行性。”

 

      “另外,我们对于干热岩的基本认识还有待改进。”多吉认为,目前,大家对于干热岩的分布、形成、经济意义等认识并不明确。“干热岩分布在哪里,到底是在东部多还是西部多;哪些地方最需要干热岩资源。对于这些规律,我们的理论认识不足。”

 

      2015年5月21日,中国地质调查局组织实施的我国首个干热岩科学钻探深井在福建省漳州龙海市东泗乡清泉林场开钻,计划钻深4000米,标志着国家级干热岩试验正式开张。

 

      然而,郑克棪认为,中国第一口干热岩科学钻探深井不够科学。该井口径太小,“不足8寸半,没有达到压裂的要求。且钻机小了点,与国际上的干热岩钻机相比没有井台板下面的操作空间。”

 

      中国地质调查局同时在黑龙江省五大连池也开始了干热岩钻探,那么那里的火山区有干热岩吗?郑克棪认为,虽然地处“16处干热岩靶区”之一,但是有火山喷发并不等于有热源。

 

      冰岛洋中脊玄武岩,是世界唯一的岩浆钻探干热岩。“它的岩浆在4500米深的温度达到450度,地面井口压力4~8兆帕,单井发电潜力36兆瓦,这是世界上温度最高的可用干热岩,从火山岩性质来看,五大连池绝没有这样的条件。”郑克棪说。

 

      中深层地热利用在探索中前进

 

      迎难而上、解决难题,是技术开发的可贵之处。目前,在中深层地热技术研发中,“地热资源富集理论与大热田预测”“地热储回灌增强技术与可持续开发利用”“深部地热储探测技术与找热应用”是中科院地热研究中心关于地热能的重点研究方向。

 

      关于大型地热田预测,华北等地区,广泛分布大型岩溶地热储,全国三分之一的地区都不同程度存在这种宝贵的地热资源,具有重要开发利用价值。

 

      地热储回灌增强与可持续开发利用技术应用最好的范例就是河北雄县,雄县的岩溶热储条件非常有利,中国科学院地质与地球物理所研究员庞忠和介绍,雄县利用了该研究中心研发的回灌技术。“为了建立一个好的回灌模式需要做很多工作。这种岩溶热储,从全世界范围来看,我们国家是非常独特的。”

 

然取了水,但取热之后的尾水又灌回热储层里去。“雄县回灌率达到百分之百,之前该地热田水位下降非常快,通过回灌实现了水位基本稳定。”庞忠和说,到目前为止的实践表明,雄县模式还是很成功的。

 

      找热技术是一切地热开发的前提,“微动技术、电磁法,这些方法在找热过程中取得很好的效果。同时能和土壤氡气有更好的结合,放射性也考虑进来了。在隐伏岩溶地区找热方面取得了成功”庞忠和说。

 

      大地热流测量在地热资源评价中非常重要。“最近一些进展都是在特殊的情况下进行的,比如没有钻孔,我们就利用湖底下沉积物做热流测量。这个过去做得比较少,但是在有些地方没有办法,只能这样做。”庞忠和说。

 

      随着中深层地热开发项目增多,热储工程是一个大问题。“这个学科过去比较薄弱,我们想在这个方面着力加强热储模拟技术。”庞忠和在介绍中深层地热技术前景时说。“在中国北方利用浅层地热单纯供暖,必然存在热不平衡问题,地层需要补热,一个直接的办法就是用中深层热来补充浅层热。另外,井-储结合的增强换热,也是未来需要发展的关键技术。”

 

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