能源一直是国家发展的重要保障,然而化石燃料在地球上的储量有限,并且燃烧会产生大量有毒有害物质,以及散发出温室气体。
2021年3月20日,南方科技大学校长、中国科学院院士薛其坤表示,按照如今的消耗速度,地球上的化石能源将在50年后消耗完。
不管是为了修复保护环境,还是为了继续保持科技的发展速度,我们都应该积极开发新的清洁能源,例如太阳能、风能、潮汐能、核能。
除以上这些清洁能源外,我们同样在开发地热能,其中主要有浅层地热能、水热型地热能以及干热岩型地热能,而本文重点讨论的则是最后一种。
简单了解下“干热岩”地球由地壳、地幔、地核组成,地核无时无刻在产生热量,并且由内向外传递,由于近地核温度太高,导致金属物质和岩石都无法以固态存在,所以在地表以下80公里~400公里的范围内基本都是岩浆。
值得一提的是,虽然地核温度高,但压力太大,导致物质处于固态,而地幔中的岩石由于压力要低很多,因此以岩浆形式存在。
但考虑到热能在传递过程中会衰减,所以才会产生主要由硅酸盐岩石组成的地壳。
岩浆转变成固态岩石必然会有过渡区域,所以干热岩既是固态岩石又蕴含着不低的热能,一般位于距离地表2公里到5公里处地层中,温度大概160℃~200℃,并且岩石内部致密不透水。
干热岩有什么用?太阳能虽然属于清洁能源,但受天气影响较大,阴雨天发电量较低,全年发电不稳定,设备还会受到极端天气的破坏,但地热能却不一样,几乎不受其他因素影响,所以在稳定性方面,地热能绝对名列前茅。
早在20世纪70年代,美国就开始着手开采干热岩,那么干热岩到底有什么用呢?
全球干热岩储量丰富,远超已探明石油、天然气、煤炭等资源总和,据不完全统计大概是35~30倍,并且干热岩的发电效率高达73%,是风力发电和太阳能发电的3~5倍。
怎么通过干热岩发电?
简而言之,打两口深井,注入冷水后,干热岩中的热能会“烧开水”,地面提取高温水或水蒸气后,通过热交换和循环装置发电,接着把冷却过的水继续注入地下,循环往复不停的发电。
除了发电之外,干热岩还可用来采暖和辅助采油,但本质都是利用地热能,并且发电是主流。
中国干热岩能源可分为高放射性产热型、近代火山型、沉积盆地型和强烈构造活动带型,主要集中在海南、广东、福建、云南、陕西、青海和东北等地。
山东省的干热岩资源总量为2.63×10^17兆焦,折合标准煤89700亿吨,那么中国有多少干热岩呢?
2012年,经中国地质调查局水文地质环境地质研究所估测,位于中国大陆地下3~13公里的干热岩资源总储量,折算一下大概等于860万亿吨标准煤,以2%可开采资源量计算,相当于当时中国能源消耗总量的5200倍!
大规模开采干热岩的难点干热岩确实是理想能源,毕竟地球还在发热,地热能就不会消失,等哪天地球冷却枯竭,想必人类文明已经发展到宇宙航行的层面了。
不过仔细的网友会发现,虽然地球干热岩储量惊人,新探测的资讯也频频上媒体热门,但就是没怎么听过“某某国家或某某省份大规模开采干热岩”的事。
其中难点之一在于“深度”,钻井深度越深,难度越大,为什么前苏联科拉超深钻孔停留在12262米,不是什么妖魔鬼怪的事,主要因为地下环境复杂,钻头根本吃不消,每天不是在换钻头,就是在换钻头的路上。
干热岩底层温度约300℃~350℃,钻井设备会出现损坏,并且干热岩紧致不透水,要将冷水注入进去,就需要将干热岩打出一条条通道,所以如何冲破干热岩也是技术难题。
此外,岩石中存在大量杂质,水一遍遍的冲刷,会导致很多杂质混在水流中,久而久之,杂质会堵塞水管,维修保养又成了一大难题。
如果在大规模开采干热岩时技术不达标,导致岩层移动或地基下沉,除了破坏生态环境外,也有可能引发地震,或者一些干热岩位于火山周围,不排除会导致火山喷发。
言而总之,地热能在众多能源中确实称得上“优质”,但大规模开采干热岩的技术还有待突破。