汪集旸

多吉

龐忠和

目前以地源熱泵為代表的淺層地熱能開發(fā)走在其他類型地熱能利用的前面，而干熱巖的開發(fā)，卻是“熱情誠可嘉，行動需嚴謹”。

“地球表面二三十米以內(nèi)的土壤的熱量來自太陽，再往深處的巖石的熱量都是來自地球內(nèi)部的自身熱度了。”8月12日，在杭州舉辦的陸特能源·2016第八屆中國地源熱泵行業(yè)高層論壇期間舉辦的四季春·首屆干熱巖開發(fā)專題研討會上，中國科學院院士汪集旸表示。

地球從地面至地心，隨著深度的增加，溫度也在不斷地提高。地球內(nèi)部是個龐大的熱庫，放射性元素的衰變是地球熱能的主要來源之一。這個熱庫不僅儲能而且生熱，有“永不枯竭的能源”“人類的終極能源”之稱。

按照埋藏深度，地熱資源又有淺層和中深層地熱能之分，其中埋深數(shù)千米、溫度超過200℃的，內(nèi)部不存在流體或僅有少量流體的高溫巖體又被稱為干熱巖。目前以地源熱泵為代表的淺層地熱能開發(fā)走在其他類型地熱能利用的前面。但是，對于干熱巖的開發(fā)，中國能源研究會地熱專業(yè)委員會專家委員會主任鄭克棪認為，卻是“熱情誠可嘉，行動需嚴謹”。

干熱巖開發(fā)要尊重科學

干熱巖的能量巨大。“國土資源部及有關(guān)部門對我國干熱巖資源進行了開發(fā)潛力分析，3千米至10千米深處的干熱資源儲量相當于860萬億標準煤，其中利用2%就相當于2014年我國能源消耗總量的4400倍。”中國工程院院士多吉介紹說。

汪集旸指出，企業(yè)如果要涉足干熱巖開發(fā)，就要尊重科學,慎之又慎：“按照美國現(xiàn)在的技術(shù)條件，國際上對干熱巖的開發(fā)利用是有界定的，包括巖石溫度必須大于等于200度、水汽流量必須大于80公斤/秒、熱儲體積一般大于1立方千米，這樣才有開發(fā)價值。”

無論是美國或是歐洲、澳大利亞等,成功開發(fā)干熱巖的案例并不多,國際上開發(fā)干熱巖有兩種做法，一種是在現(xiàn)有水熱系統(tǒng)深部尋找干熱巖體，“如美國的Geysers和德國的Landau，通過重新打井壓裂或采取增強地熱系統(tǒng)技術(shù)，增加了產(chǎn)能。”汪集旸說。

另一種方法是在沒有任何天然水熱系統(tǒng)與地表熱顯示的地區(qū)開發(fā)干熱巖，“完全要人造出一個水熱系統(tǒng)，談何容易。”汪集旸認為，我國應(yīng)該采取國際上的第一種做法，在現(xiàn)在已開發(fā)的天然水熱系統(tǒng)深部開發(fā)干熱巖，例如我國的首選之地——西藏羊八井。根據(jù)MT探測，羊八井深度8公里~10公里，有大型未固結(jié)的花崗巖基存在。“從長遠來看，在全國范圍內(nèi)，應(yīng)在下列兩類地區(qū)找干熱巖：具有新生代大型花崗巖基的地區(qū)，如西藏、東北;有可能存在新生代熱點的地區(qū)，如海南。”

國家級干熱巖開發(fā)試驗遇尷尬

“干熱巖發(fā)電研究在世界范圍已經(jīng)有40年的時間，迄今實現(xiàn)了11.2兆瓦的總裝機容量，但真正的干熱巖開發(fā)尚未完全成功。”多吉坦言，“新技術(shù)再前沿，其研發(fā)除了客觀性和科學性以外，必須考慮經(jīng)濟性和技術(shù)的可行性。”

“另外，我們對于干熱巖的基本認識還有待改進。”多吉認為，目前，大家對于干熱巖的分布、形成、經(jīng)濟意義等認識并不明確。“干熱巖分布在哪里，到底是在東部多還是西部多;哪些地方最需要干熱巖資源。對于這些規(guī)律，我們的理論認識不足。”

2015年5月21日，中國地質(zhì)調(diào)查局組織實施的我國首個干熱巖科學鉆探深井在福建省漳州龍海市東泗鄉(xiāng)清泉林場開鉆，計劃鉆深4000米，標志著國家級干熱巖試驗正式開張。

然而，鄭克棪認為，中國第一口干熱巖科學鉆探深井不夠科學。該井口徑太小，“不足8寸半，沒有達到壓裂的要求。且鉆機小了點，與國際上的干熱巖鉆機相比沒有井臺板下面的操作空間。”

中國地質(zhì)調(diào)查局同時在黑龍江省五大連池也開始了干熱巖鉆探，那么那里的火山區(qū)有干熱巖嗎?鄭克棪認為，雖然地處“16處干熱巖靶區(qū)”之一，但是有火山噴發(fā)并不等于有熱源。

冰島洋中脊玄武巖，是世界唯一的巖漿鉆探干熱巖。“它的巖漿在4500米深的溫度達到450度，地面井口壓力4~8兆帕，單井發(fā)電潛力36兆瓦，這是世界上溫度最高的可用干熱巖，從火山巖性質(zhì)來看，五大連池絕沒有這樣的條件。”鄭克棪說。

中深層地熱利用在探索中前進

迎難而上、解決難題，是技術(shù)開發(fā)的可貴之處。目前，在中深層地熱技術(shù)研發(fā)中，“地熱資源富集理論與大熱田預測”“地熱儲回灌增強技術(shù)與可持續(xù)開發(fā)利用”“深部地熱儲探測技術(shù)與找熱應(yīng)用”是中科院地熱研究中心關(guān)于地熱能的重點研究方向。

關(guān)于大型地熱田預測，華北等地區(qū)，廣泛分布大型巖溶地熱儲，全國三分之一的地區(qū)都不同程度存在這種寶貴的地熱資源，具有重要開發(fā)利用價值。

地熱儲回灌增強與可持續(xù)開發(fā)利用技術(shù)應(yīng)用最好的范例就是河北雄縣，雄縣的巖溶熱儲條件非常有利，中國科學院地質(zhì)與地球物理所研究員龐忠和介紹，雄縣利用了該研究中心研發(fā)的回灌技術(shù)。“為了建立一個好的回灌模式需要做很多工作。這種巖溶熱儲，從全世界范圍來看，我們國家是非常獨特的。”

雄縣最大的亮點是實現(xiàn)了規(guī)?；煤桶俜种俚幕毓?，在取熱過程中雖然取了水，但取熱之后的尾水又灌回熱儲層里去。“雄縣回灌率達到百分之百，之前該地熱田水位下降非?？欤ㄟ^回灌實現(xiàn)了水位基本穩(wěn)定。”龐忠和說，到目前為止的實踐表明，雄縣模式還是很成功的。

找熱技術(shù)是一切地熱開發(fā)的前提，“微動技術(shù)、電磁法，這些方法在找熱過程中取得很好的效果。同時能和土壤氡氣有更好的結(jié)合，放射性也考慮進來了。在隱伏巖溶地區(qū)找熱方面取得了成功”龐忠和說。

大地熱流測量在地熱資源評價中非常重要。“最近一些進展都是在特殊的情況下進行的，比如沒有鉆孔，我們就利用湖底下沉積物做熱流測量。這個過去做得比較少，但是在有些地方?jīng)]有辦法，只能這樣做。”龐忠和說。

隨著中深層地熱開發(fā)項目增多，熱儲工程是一個大問題。“這個學科過去比較薄弱，我們想在這個方面著力加強熱儲模擬技術(shù)。”龐忠和在介紹中深層地熱技術(shù)前景時說。“在中國北方利用淺層地熱單純供暖，必然存在熱不平衡問題，地層需要補熱，一個直接的辦法就是用中深層熱來補充淺層熱。另外，井-儲結(jié)合的增強換熱，也是未來需要發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。”