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山東發現“可供中國使用3800年”的清潔能源?應該先了解這個真相

2020年9月22日,大陸在第75屆聯合國大會上正式提出2030年實作碳達峰、2060年實作碳中和的目标。

雙碳政策的實行使得傳統化石能源備受沖擊,而太陽能、風能等清潔可再生能源則又迎來了一波發展機遇。

近日,一些媒體稱,山東發現新能源“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,早在2016年和2019年,就有此報道。

然而,是否真的可供使用3800年還有待探讨。此外,雖然幹熱岩儲量大、無污染,但想要挖掘并利用它并非是件易事,中國現在隻是處在勘探和基礎研究階段。

幹熱岩到底是什麼呢?

橫空出世的幹熱岩?

幹熱岩,顧名思義,它是一種幹燥、高溫的岩石,大部分為中酸性侵入岩,一般溫度大于180℃,埋藏在數千米深的地下,其内部沒有或僅有少量緻密流體。

與太陽能、風能等正常的新能源不同,幹熱岩來源于地球内部(地熱能),是以不受氣候影響,發電也更為穩定。

山東發現“可供中國使用3800年”的清潔能源?應該先了解這個真相

由于幹熱岩的溫度很高,發電過後的尾水仍能達到70~80℃,是以還可以用于供暖,它似乎是未來最具潛力的新興能源。

據估算,全球幹熱岩的資源量是所有煤、石油等化石能源的近30倍,根據地熱學規律,距離地表越深,溫度越高,是以,隻要能夠開采得足夠深,幹熱岩的能量是不可限量的。

但另一方面,地熱能又是極其危險的,一旦失控将會引發火山爆發或地震。

盡管我們已經可以通過技術手段“馴服”一部分地熱能,例如,溫泉就是生活中最常見的地熱能利用形式,整個過程是非常環保,并且可以長時間源源不斷地擷取能量,但幹熱岩的利用和溫泉又有很大的差別。

幹熱岩如何開發?

距地表3千米以下的地殼,主要由火成岩和變質岩組成,特點是有足夠的溫度,但缺乏孔隙,這些岩體并不是真的“幹”,隻是流體含量(含水量)不夠。

根據成因和産出條件的不同,地熱能可大緻分為水熱型和幹熱型兩類。溫泉就屬于水熱型地熱能,它通過對水熱系統中流體的開采即可擷取地熱能。

山東發現“可供中國使用3800年”的清潔能源?應該先了解這個真相

而幹熱岩結構緊密,内部裂隙較小,不含或僅含少量流體,屬于幹熱型地熱能,實際上,絕大多數的地熱能也都是幹熱型,而通過人工壓裂形成增強型地熱系統,才能開采利用這部分地熱能。

幹熱岩的開發原理并不複雜,簡單地說,就是給地球裝上一個“熱水龍頭”。

首先,在儲存幹熱岩區域的地面上打一口豎井,當它到達幹熱岩層後,封閉井孔并向井中注水,使井中産生高壓。由于岩體緻密,高壓水會使岩體産生裂縫,而随着低溫水的不斷注入,裂縫便會不斷增加、擴張,并互相連通,最後形成一個面狀的儲熱空間。而這些注入的水沿着裂隙運動,它們與周圍的熱岩石發生熱交換,變為了高達200-300℃的高溫高壓的水汽混合物。

之後,在這個儲熱空間上繼續打井,将高溫水汽傳輸到地面,用于地熱發電和熱能的綜合利用,利用之後的溫水又可以注回井中,回灌到幹熱岩中進行循環利用。

這個過程就是在利用地熱來“燒開水”,将涼水變為熱水,原理上并不複雜,但是現有的勘探技術無法鑽取到地球的深層,隻能對埋藏較淺的幹熱岩進行開采。

當然,在進行開采之前還需要做好充足的準備,了解整個資源的分布以及确定岩石縫隙的走向,有利于實作較高的能量轉化率和較低的成本。

幹熱岩開發有哪些嘗試及挑戰?

不知不覺,幹熱岩的研究曆史也即将跨過半個世紀,但大多隻局限在歐美、日本、澳洲等發達國家,它們建立了多處開發利用試驗研究基地。而大陸在高溫岩體地熱的開發研究起步較晚,目前仍處于探索實踐階段。

2012年,大陸啟動了863計劃,正式開展幹熱岩的熱能開發與利用項目。

經過資源勘探和技術可行性分析,位于青海的共和盆地是幹熱岩開采條件最優質的地方,地下4千米的溫度能達到200℃,是一塊絕佳的幹熱岩基地。大陸也在這裡打下了第一口幹熱岩井,探明了幹熱岩資源。

随後,又在海南福山等地進行打井。然而,受限于高溫鑽完井等核心技術,大陸所鑽幹熱岩井均屬于勘探井,并沒有開發井。

雖然幹熱岩儲量大、無污染,但由于深部鑽探技術的不成熟、壓裂的高昂成本,它的開采難度極大,放眼全球,真正成功運作的幹熱岩項目屈指可數。

幹熱岩利用還可能有哪些問題?

盡管幹熱岩開發仍然處在初級階段,距離大規模利用還有很長的路要走,但另一方面,我們需要提前考慮到它會帶來哪些危害。

其中,因為壓裂岩體時需要施加巨大的力量,改變了天然的應力場,再加上人工活動會讓裂隙活化,是以幹熱岩的開發可能會誘發地震。此外,還有理論認為,幹熱岩開采可能會提前透支地球的保溫機制,加速地球的冷卻,也許這隻是杞人憂天。

山東發現“可供中國使用3800年”的清潔能源?應該先了解這個真相

“我們的征途是星辰大海”,面對廣袤的太空和深邃的海洋,我們充滿了求知進取的動力和勇氣,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着更多的秘密。

來源:科普中國