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    干熱巖是什么?干熱巖新能源怎么樣?

    文章出處:   責任編輯:   發布時間:2020-03-31 22:25:56    點擊數:-   【

    干熱巖資源是一種什么樣的能源?它離我們的現實生活有多遠?

    干熱巖是什么?干熱巖新能源怎么樣?

    干熱巖地熱能是一種清潔可再生能源

    通俗講,干熱巖資源就是存在于巖石中的熱量,被譽為“來自地球母親的溫暖”。

    地球內部蘊含著巨大能量。地球通過火山、地震、地熱等方式,源源不斷地釋放著內部能量。干熱巖是地球內部熱能的一種賦存介質,是一種不含水或蒸氣、埋深為3至10公里、溫度為150℃至650℃的致密熱巖體。在地下一定深度,這樣的高溫巖體無處不在,可以說干熱巖資源的潛力巨大。但由于技術和手段等限制,能被人類所勘查及開發利用的干熱巖資源主要集中在埋深較淺、溫度較高、有開發經濟價值的地下熱巖體。

    干熱巖是什么?干熱巖新能源怎么樣?

    與傳統化石能源相比,干熱巖地熱能是一種清潔可再生能源;與其他清潔能源相比,干熱巖能夠實現穩定、可靠且安全的能源供應。中國地質科學院水文地質環境地質研究所研究員、俄羅斯自然科學院院士王貴玲介紹,保守估計,地殼中干熱巖(3至10 公里深處)所蘊含的能量相當于全球所有石油、天然氣和煤炭所蘊藏能量的30倍。

    干熱巖資源開發利用的原理,是通過深井將高壓水注入地下3000至6000米的干熱巖層,使其滲透進入巖層的縫隙并吸收地熱能量。此后,通過另一口專用深井,將巖石裂隙中的高溫通過水、汽提取到地面,再通過熱交換及地面循環裝置用于發電、供暖等綜合利用。利用后的尾水通過回灌井再次注入到地下干熱巖體中, 從而達到循環利用的目的。

    干熱巖是一種沒有水或蒸汽的熱巖體,主要是各種變質巖或結晶巖類巖體;干熱巖普遍埋藏于距地表2~6公里的深處,其溫度范圍很廣,在150~650℃之間。在學術界,干熱巖有時被稱為“熱干巖”,其英文名稱為“Hot Dry Rock”。

    干熱巖是什么?干熱巖新能源怎么樣?

    干熱巖的熱能賦存于巖石中,較常見的巖石有黑云母片麻巖、花崗巖、花崗閃長巖以及花崗巖小丘等(Tenzer,2001)。一般干熱巖上覆蓋有沉積巖或土等隔熱層。

    干熱巖也是一種地熱資源。但是,干熱巖是屬于溫度大于150℃的高溫地熱資源,而且其性質和賦存狀態有別于蒸汽型、熱水型、地壓型和巖漿型的地熱資源。

    從現階段來說,干熱巖地熱資源是專指埋深較淺、溫度較高、有開發經濟價值的熱巖體。

    一.干熱巖概念及資源分布

    干熱巖概念

    干熱巖是一種沒有水或蒸汽(或是含少量水而不能流動),普遍埋藏于距地表3~10km的地層深處,溫度介于180~650℃的高溫巖體,蘊藏在其中的熱能,就是干熱巖地熱能。

    干熱巖資源成因和分類

    地殼運動——劇烈構造運動減壓熔融生熱——強烈構造活動帶型

    地幔熱流——地核地幔傳導對流生熱——沉積盆地型(地殼減薄區)

    巖漿活動——巖漿沿裂隙向淺部運移生熱——近代火山型

    地殼熱流——同位素衰變生熱——高放射性產熱型

    干熱巖資源分布情況-世界范圍

    強烈構造活動帶型:環太平洋地震帶(美國西海岸),喜瑪拉雅-印度洋板塊(中國)

    板塊內部地殼減薄區:歐洲上萊茵地塹,法國、德國

    近代火山型:日本、冰島

    板內高放射性花崗巖發育區:澳大利亞

    干熱巖是什么?干熱巖新能源怎么樣?

    干熱巖資源分布情況-國內

    強烈構造活動帶型:青藏高原。歐亞和印度洋板塊擠壓,有侵入體和熔融體等高溫巖漿熱源。

    沉積盆地型:松遼盆地、汾渭地塹等中新生代斷陷盆地的下部,沉積覆蓋層具有較高的地溫梯度,與水熱型地熱系統共生。

    近代火山型:分布騰沖、長白山、五大連池等地區,底部巖漿活動密切相關。

    高放射性產熱型:東南沿海,發育許多大型的中生代酸性花崗巖類巖體。

    干熱巖資源量

    我國:中國地調局數據顯示中國大陸3~10km干熱巖資源總量數據顯示其總量為,為2.5×1025J(合856萬億噸標煤)??偭渴俏覈蜌?、煤炭總資源量的30倍。

    干熱巖是什么?干熱巖新能源怎么樣?

    美國:美國本土3~10km干熱巖資源總量為1.67×1025J(不含黃石公園),合572萬億噸標煤。

    全球地熱資源量約4900萬億噸標煤,中國約占全球資源量的六分之一。

    干熱巖地熱能優勢

    資源豐富:3-10km內資源總量大

    分布廣泛:板緣和板內地熱域都有分布

    青藏高原及周邊、東部第二沉降帶等地區資源尤為豐富

    綠色無污染,可再生,用途廣泛

    利用干熱巖地熱能發電和梯級利用,不產生環境污染,地熱能源可再生

    可靠性強: 利用系數高,能量輸出穩定

    可作為基本載荷亦可作為調峰載荷,以適應季節和氣候變化需求

    干熱巖是什么?干熱巖新能源怎么樣?

    二.干熱巖開發利用技術及挑戰

    干熱巖開發技術屬于世界性難題,國際上通用的干熱巖開發技術是增強型地熱系統(EGS技術),該技術是為了開發具有經濟價值的地熱資源而創建的人工地熱系統,作為干熱巖地熱資源開發的首選技術。

    增強型地熱系統(EGS)-干熱巖開發工程

    干熱巖無水或少水,裂縫欠發育,需要人工創建熱儲進行開發,增強型地熱系統(EGS)是開發干熱巖資源的具體工程系統。

    關鍵技術:

    選區選址:優選項目建設靶區

    系統設計:精準描述熱儲,設計運行參數

    高效成井:形成循環采熱的路徑

    壓裂造儲:人造高導流大面積熱儲

    系統運行:運行與監測,穩定采熱發電

    靶區優選

    難題:熱源埋藏深,地溫場非均質性強,成因機理主控因素復雜,資源可動用性不清等

    目的:基于現場試驗和研究,通過地質、地球物理、地球化學、遙感等手段優選經濟技術指標優越的目標區塊。

    指標:優選指標包括溫度、裂隙情況、大地熱流、居里面埋深、酸性巖體分布和控熱構造特征等。

    系統描述和設計

    難題:孔縫結構特征復雜,溫度場、應力場、滲流場、化學場四場耦合難度大,開發關鍵指標眾多等。

    目的:根據已有的測試參數,地質和工程資料,利用數值模擬、物理模擬、巖心分析等手段,掌握熱儲地質工程特征,進行熱儲精細描述,設計熱儲換熱參數、井組、井網、井距、采灌制度等運行參數。

    技術:壓前壓后人工裂縫地質建模技術,滲流傳熱模擬技術,熱儲四場耦合模型建立與數值求解技術,熱儲運行效率和使用壽命分析技術。

    高效成井

    難題:超高溫、地層高硬、研磨性強、裂隙發育、構造復雜、熱破裂現象頻發、工程地質條件復雜等;

    目的:根據工程需求進行直井、定向井、水平井,復雜結構井等深鉆施工,形成可靠的循環采熱的通道

    技術:主要的技術包括:高溫硬地層破巖鉆頭和工具,耐高溫井下測量儀器,耐高溫井筒流體和工作液材料,高溫井下安全控制技術與地面冷卻設備,耐高溫保溫井筒密封材料和工藝。

    壓裂造儲

    難題:高溫度、高硬度,高應力,高密度,未知性強,預測難度大,熱儲工程地質條件復雜等。

    目的:利用水力壓裂,酸化等手段,在致密(裂縫欠發育地層)高溫地層,建立大面積高導流裂縫發育空間熱儲。

    技術:地質力學參數求取技術,巖體破裂與裂隙展布評估與控制技術,耐高溫自支撐高導流壓裂液,裂縫監測與壓裂效果評價技術。

    系統運行

    難題:熱力短路,熱儲四場動態變化監測和系統運行關鍵參數準確調整困難,水巖作用強烈,地面線路易結垢。

    目的:維持系統運行壽命超過20年,保證出口流體的溫度和流量在運行過程中始終滿足發電要求,保障地下換熱效率和地面發電系統管路通暢。

    技術:系統運行監測技術(示蹤技術),熱儲動態模擬和運行參數動態優化技術,發電工藝優選技術,管路除垢阻垢技術。

    三.干熱巖開發現狀

    國外EGS項目概況

    美、法、德、英、日、澳等國家起步較早,已經建立了25個試驗性質的EGS工程(歐洲15項,美國6項,澳大利亞2項,日本2項),累積發電能力約12MW。

    國外EGS工程概況

    深度:干熱巖2000-5000m,上部1000-3000m多為高溫水熱型。

    溫度:較成功的都在180-200℃以上,最高已經達到400℃。

    熱儲改造對象:有天然裂縫,相對容易形成體積裂縫的地層。

    成井:大量采用定向井,裸眼完井,清水、泡沫等無固相低密度鉆井液。

    造儲:水或鹽水,不用支撐劑。注入量視規模而定;排量分為低排量長期注入(3~6m3 /min),或者低排量和大排量交替注入。

    監測:多采用示蹤劑、微地震監測和重力測量。

    國內——干熱巖的勘探開發還處于勘察階段

    干熱巖資源調查:松遼盆地,東南沿海,青海共和及貴德,四川康定等

    青海共和盆地恰卜恰進行了7口勘探井的施工,其中4口達到干熱巖標準。

    貴德盆地扎倉溝進行了4口勘探井的施工,其中2口達到干熱巖標準。

    福建漳州進行了1口干熱巖科探井的施工

    總之,盡管國際上對干熱巖研究起步較早,但由于資金、技術等限制,目前僅有幾個小規模、試驗性質的干熱巖(EGS )發電示范工程,還沒有一個完全規?;?、商業化正式運行的干熱巖(EGS)項目。

    在目前的經濟技術條件下,實現高效率開發利用干熱巖資源需借鑒國外先進經驗,科研人員還需深入研究。

    據統計,全世界已安裝的常規地熱發電裝機容量已達1.3萬兆瓦以上,而中國只有27兆瓦左右。中國上世紀90年代開始對干熱巖資源進行調查研究,目前干熱巖研究處在由調查評價、勘查和實踐探索階段進入試驗開發階段,但大規模商業化利用還需要解決一系列技術難題。

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