大发国际:石头也能发电?隐藏在地下的天然“锅炉”,中国储量可用4000年?!
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原标题:石头也能发电?隐藏在地下的天然“锅炉”,中国储量可用4000年?!

山东境内藏着可供中国使用3800年的能源宝藏?!

此前,一些自媒体声称,山东发现新能源“巨大宝藏”,储量大约相当于180亿吨煤炭,在化石能源如此紧缺的今天,如果在我们脚下就埋藏着如此海量的能源,那无疑是惊天动地的大事件,值得一提的是,山东真的有这样一座地下“宝库”吗?

山东蕴藏的惊天宝藏

事实上,这里所说的宝藏,是一种地壳较深处的高温岩体——干热岩,这个“发现”也并不是最近的事。早在2016年,就有权威媒体报道,山东省第一地质矿产勘查院发现了中国东部赋存条件最好的干热岩。该勘察院水文地质所主任景晓东预测,仅在威海市文登区一处,高温干热岩的能量即使只有2%被利用,便可供山东全省使用38年,“其效益不亚于找到一座大型金矿。”

到了2019年,有媒体报道,该项目也在山东日照市莒县、五莲县一带发现干热岩富存区,资源量折合标准煤总计超过187.79亿吨。2017年到现在,中国煤炭消耗量平均每年在40亿吨左右,因此,假设山东蕴藏的干热岩能量相当于187.79亿吨煤,也不可能供中国使用3800年。

山东省地热资源丰富的原因,是因为岩浆活动十分频繁,除中太古代、新太古代、中生代及新生代有较多火山活动外,其他地质年代均以岩浆侵入活动为主。岩浆岩分布广泛,出露面积30976㎞²,约占全省陆地面积的20%。截至目前,全省17地市均发现有地热资源,天然温泉及人工揭露地热800多处,水温基本在40-90℃之间。

另外,山东省处于中国大陆东部滨太平洋构造域,中新世以来新构造运动较剧烈,形式复杂多样,从温泉出露地点看,山东省温泉90%以上出露在地壳新构造隆起区大发国际。综合山东省大地构造背景、火山活动、新构造运动和热源传导等特征,为山东省干热岩资源赋存创造了地质条件。

山东省干热岩地热资源量估算分区图

1、鲁西北地区

2、鲁中南地区

3、沂沭断裂带地区

4、鲁东地区

5、干热岩重点勘查区

干热岩地热资源潜力评估是进行开发利用的基础工作大发国际。通过野外勘查取样和搜集整理地热参数数据,根据浅部温度资料向地壳深部推算的方法,估算出山东省不同区域3-10㎞深度范围的温度。利用体积法估算出了山东省3-10㎞深处的干热岩地热资源量。结果显示,山东省3-10㎞度范围内干热源资源量总计为2.63×1023J,合8.97×1012t标准煤,现阶段可利用干热岩资源量按2%的可开采资源量计算,即合1794.4×108t标准煤,大约是全国能源消耗总量的37倍,开发利用潜在价值巨大。

地下天然“锅炉”

干热岩是一种清洁的可再生地热资源,随着干热岩的开发利用技术日趋成熟,显示出了其巨大的利用价值。

干热岩属于新兴地热能源,干热岩的形成与地球的结构有关。我们知道,地球是由地壳、地幔和地核组成的,地核的半径大概在3500千米左右,而地核是由铁和镍这样一些金属,在7000℃形成的炽热的熔浆,其热量向上传导,穿过地幔会接近到地壳,而地壳不含水等流体或者流体极少的岩石层就会获得高温能量,就形成了干热岩。宛如在我们脚下地球表层中安放了一个大“锅炉”。

干热岩高效开采方法

现阶段人类开发干热岩资源的方式主要为建造增强型地热系统(即EGS系统)进行发电。

EGS系统的建立需要经过以下三个步骤:

1.首先从地表向地下打一口数千米深的注入井,完井后将位于地面的井口封闭,向井中注水,憋出较高压力。若岩体致密无裂隙,高压水会使岩体产生许多裂缝,若岩体中有少量天然节理,高压水会使之扩展成更大的裂缝;随着低温水的不断注入,裂缝不断增加、扩大,并相互连通,最终形成像蜘蛛网一般的热储构造。

2.在距注入井适当位置处再钻几口生产井,连接到人工热储构造的缝网中,然后通过注入井持续向建立的热储构造中注入大量的水。这些注入的低温水会沿着蛛网般的裂隙运动并与周围的高温岩石发生热交换,像锅炉加热暖气水一般形成高温高压水或水汽混合物,最终从生产井中被抽取至地面。

3.到达地面的高温流体推动气轮机旋转,进而带动发电机转子转动发电;发电后的流体温度降低后,再通过注入井回灌到热储构造中,周而复始,实现水资源循环利用。建成后的EGS系统工作过程如下图所示。干热岩发电原理与火电厂燃煤或燃气发电类似,都是用锅炉对流体进行加热,通过流体汽化后产生的蒸汽推动发电机进行发电,都是在一个封闭的系统内进行;两者间的区别是干热岩本身就是一个高温锅炉,只不过需要人类利用深井建立取热循环通道。

能源行业的未来所在

从1970年美国人莫顿和史密斯首次提出利用地下干热岩体发电的设想至今,人类对干热岩的研究和利用已经有50多年的历史。

与其他能源相比,干热岩在以下方面很有优势:

1.资源蕴藏量巨大、分布极为广泛。相关数据显示,中国大陆的干热岩资源广泛分布在东北,华北、西北以及东南沿海地区,距地表3~10千米深度蕴含的资源量相当于860万亿吨标准煤燃烧所具有的能量,按2%的可开采资源量计算,相当于我国2016年能源消耗总量的3927倍大发国际。

2.开发利用对环境影响小,排放几乎为零。燃烧煤, 石油、 天然气等化石能源会产生CO2等废气,严重影响气候、危及人体健康,而开采干热岩资源时仅需要循环水,全过程仅为水与蒸汽间的转换,无废气和其他流体或固体废弃物。

3.开发方式安全,不会造成大范围污染破坏。干热岩主要采用注水循环发电方式开采,与锅炉加热蒸汽发电方式类似,不会 发核电站泄露、油气井爆炸、煤矿瓦斯爆炸、水电站决堤等大难性事故或伤書性污染。

4.热能连续性好大发国际。在可再生能源中,与风能、太阳能、水能相比,只有干热岩可以提供不间断的电力供应,不受季节,气候, 冒夜等自然条件的影响。

干热岩开发助力实现碳中和

2021年6月28日,由河北省煤田地质局组织实施的唐山市马头营凸起区干热岩开发关键技术研究与示范项目,实现了干热岩试验性发电。据悉,这是我国首次实现干热岩试验性发电,从而为干热岩这一清洁能源的开发利用奠定了坚实基础,对于实现碳达峰、碳中和将发挥积极的推动作用。

该项目的成功意义在于,所采用的工艺先进,应用前景广阔,将在全国范围发挥良好的示范作用。日前,随着节能减排的提出,环保压力巨大,传统石化能源面临转型,对清洁能源的需求尤为迫切。特别是在推进碳达峰、碳中和的大背景下,这些干热岩能源利用技术的突破,对于完善清洁能源供给体系、实现碳达峰碳中和将发挥积极的推动作用。

文章来源:

《山东省干热岩地热资源潜力估算》 许传杰等

地热科普|《蕴藏在地球深部的天然锅炉—干热岩》中国地调局北京探矿所 吴烁 翁炜 贺云超

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