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干热岩是什么?干热岩新能源怎么样?

2020-04-28 12:27能源百科 人已围观

简介中国变化通俗讲,干热岩资源就是存在于岩石中的热量,被誉为来自地球母亲的温暖。 地球内部蕴含着巨大能量。地球通过火山、地震、地热等方式,源源不断地释放着内部能量。干热岩是地球...

  通俗讲,干热岩资源就是存在于岩石中的热量,被誉为“来自地球母亲的温暖”。

  地球内部蕴含着巨大能量。地球通过火山、地震、地热等方式,源源不断地释放着内部能量。干热岩是地球内部热能的一种赋存介质,是一种不含水或蒸气、埋深为3至10公里、温度为150℃至650℃的致密热岩体。在地下一定深度,这样的高温岩体无处不在,可以说干热岩资源的潜力巨大。但由于技术和手段等限制,能被人类所勘查及开发利用的干热岩资源主要集中在埋深较浅、温度较高、有开发经济价值的地下热岩体。

  与传统化石能源相比,干热岩地热能是一种清洁可再生能源;与其他清洁能源相比,干热岩能够实现稳定、可靠且安全的能源供应。中国地质科学院水文地质环境地质研究所研究员、俄罗斯自然科学院院士王贵玲介绍,保守估计,地壳中干热岩(3至10 公里深处)所蕴含的能量相当于全球所有石油、天然气和煤炭所蕴藏能量的30倍。

  干热岩资源开发利用的原理,是通过深井将高压水注入地下3000至6000米的干热岩层,使其渗透进入岩层的缝隙并吸收地热能量。此后,通过另一口专用深井,将岩石裂隙中的高温通过水、汽提取到地面,再通过热交换及地面循环装置用于发电、供暖等综合利用。利用后的尾水通过回灌井再次注入到地下干热岩体中, 从而达到循环利用的目的。

  干热岩是一种没有水或蒸汽的热岩体,主要是各种变质岩或结晶岩类岩体;干热岩普遍埋藏于距地表2~6公里的深处,其温度范围很广,在150~650℃之间。在学术界,干热岩有时被称为“热干岩”,其英文名称为“Hot Dry Rock”。

  干热岩的热能赋存于岩石中,较常见的岩石有黑云母片麻岩、花岗岩、花岗闪长岩以及花岗岩小丘等(Tenzer,2001)。一般干热岩上覆盖有沉积岩或土等隔热层。

  干热岩也是一种地热资源。但是,干热岩是属于温度大于150℃的高温地热资源,而且其性质和赋存状态有别于蒸汽型、热水型、地压型和岩浆型的地热资源。

  从现阶段来说,干热岩地热资源是专指埋深较浅、温度较高、有开发经济价值的热岩体。

  干热岩是一种没有水或蒸汽(或是含少量水而不能流动),普遍埋藏于距地表3~10km的地层深处,温度介于180~650℃的高温岩体,蕴藏在其中的热能,就是干热岩地热能。

  强烈构造活动带型:环太平洋地震带(美国西海岸),喜玛拉雅-印度洋板块(中国)

  强烈构造活动带型:青藏高原。欧亚和印度洋板块挤压,有侵入体和熔融体等高温岩浆热源。

  沉积盆地型:松辽盆地、汾渭地堑等中新生代断陷盆地的下部,沉积覆盖层具有较高的地温梯度,与水热型地热系统共生。

  我国:中国地调局数据显示中国大陆3~10km干热岩资源总量数据显示其总量为,为2.5×1025J(合856万亿吨标煤)。总量是我国油气、煤炭总资源量的30倍。

  美国:美国本土3~10km干热岩资源总量为1.67×1025J(不含黄石公园),合572万亿吨标煤。

  干热岩开发技术属于世界性难题,国际上通用的干热岩开发技术是增强型地热系统(EGS技术),该技术是为了开发具有经济价值的地热资源而创建的人工地热系统,作为干热岩地热资源开发的首选技术。

  干热岩无水或少水,裂缝欠发育,需要人工创建热储进行开发,增强型地热系统(EGS)是开发干热岩资源的具体工程系统。

  难题:热源埋藏深,地温场非均质性强,成因机理主控因素复杂,资源可动用性不清等

  目的:基于现场试验和研究,通过地质、地球物理、中国变化地球化学、遥感等手段优选经济技术指标优越的目标区块。

  指标:优选指标包括温度、裂隙情况、大地热流、居里面埋深、酸性岩体分布和控热构造特征等。

  难题:孔缝结构特征复杂,温度场、应力场、渗流场、化学场四场耦合难度大,开发关键指标众多等。

  目的:根据已有的测试参数,地质和工程资料,利用数值模拟、物理模拟、岩心分析等手段,掌握热储地质工程特征,进行热储精细描述,设计热储换热参数、井组、井网、井距、采灌制度等运行参数。

  技术:压前压后人工裂缝地质建模技术,渗流传热模拟技术,热储四场耦合模型建立与数值求解技术,热储运行效率和使用寿命分析技术。

  难题:超高温、地层高硬、研磨性强、裂隙发育、构造复杂、热破裂现象频发、工程地质条件复杂等;

  目的:根据工程需求进行直井、定向井、水平井,复杂结构井等深钻施工,形成可靠的循环采热的通道

  技术:主要的技术包括:高温硬地层破岩钻头和工具,耐高温井下测量仪器,耐高温井筒流体和工作液材料,高温井下安全控制技术与地面冷却设备,耐高温保温井筒密封材料和工艺。

  难题:高温度、高硬度,高应力,高密度,未知性强,预测难度大,热储工程地质条件复杂等。

  目的:利用水力压裂,酸化等手段,在致密(裂缝欠发育地层)高温地层,建立大面积高导流裂缝发育空间热储。

  技术:地质力学参数求取技术,岩体破裂与裂隙展布评估与控制技术,耐高温自支撑高导流压裂液,裂缝监测与压裂效果评价技术。

  难题:热力短路,热储四场动态变化监测和系统运行关键参数准确调整困难,水岩作用强烈,地面线路易结垢。

  目的:维持系统运行寿命超过20年,保证出口流体的温度和流量在运行过程中始终满足发电要求,保障地下换热效率和地面发电系统管路通畅。

  技术:系统运行监测技术(示踪技术),热储动态模拟和运行参数动态优化技术,发电工艺优选技术,管路除垢阻垢技术。

  美、法、德、英、日、澳等国家起步较早,已经建立了25个试验性质的EGS工程(欧洲15项,美国6项,澳大利亚2项,日本2项),累积发电能力约12MW。

  造储:水或盐水,不用支撑剂。注入量视规模而定;排量分为低排量长期注入(3~6m3 /min),或者低排量和大排量交替注入。

  总之,尽管国际上对干热岩研究起步较早,但由于资金、技术等限制,目前仅有几个小规模、试验性质的干热岩(EGS )发电示范工程,还没有一个完全规模化、商业化正式运行的干热岩(EGS)项目。

  在目前的经济技术条件下,实现高效率开发利用干热岩资源需借鉴国外先进经验,科研人员还需深入研究。

  据统计,全世界已安装的常规地热发电装机容量已达1.3万兆瓦以上,而中国只有27兆瓦左右。中国上世纪90年代开始对干热岩资源进行调查研究,目前干热岩研究处在由调查评价、勘查和实践探索阶段进入试验开发阶段,但大规模商业化利用还需要解决一系列技术难题。

Tags: 中国变化 

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