最近，一些自媒體聲稱，山東發(fā)現(xiàn)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。這里所說的寶藏，是一種地殼較深處的高溫巖體——干熱巖。在全球經(jīng)歷了一個缺煤、氣荒的2021年之后，如果在我們腳下就埋藏著如此海量的能源，那無疑是驚天動地的大事件。
事實上，這個“發(fā)現(xiàn)”并不是最近的事。早在2016年，就有權(quán)威媒體報道，山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院發(fā)現(xiàn)了中國東部賦存條件最好的干熱巖。該勘察院水文地質(zhì)所主任景曉東預(yù)測，僅在威海市文登區(qū)一處，高溫干熱巖的能量即使只有2%被利用，便可供山東全省使用38年，“其效益不亞于找到一座大型金礦。”
（資料圖片）位于法國的蘇爾茨項目，是迄今為止全球最成功并穩(wěn)定商業(yè)發(fā)電的干熱巖開發(fā)項目。
到了2019年，有媒體報道，該項目也在山東日照市莒縣、五蓮縣一帶發(fā)現(xiàn)干熱巖富存區(qū)，資源量折合標準煤總計超過187.79億噸。2017年到現(xiàn)在，中國煤炭消耗量平均每年在40億噸左右，因此，假設(shè)山東蘊藏的干熱巖能量相當于187.79億噸煤，也不可能供中國使用3800年。但更為關(guān)鍵的是，山東真的找到了這樣一座地下“金礦”嗎？
對于這類新聞，中科院地質(zhì)地球所地熱資源研究中心主任龐忠和表示，這屬于嚴重地誤導(dǎo)公眾。雖然干熱巖儲量大、無污染，但它是一種開采難度極大的地熱能。放眼全球，真正運行得較為成功的項目，也屈指可數(shù)。中國現(xiàn)在并沒有干熱巖的開發(fā)技術(shù)，只是處在調(diào)查和基礎(chǔ)研究階段。
儲量比煤、油、氣多30倍的清潔能源
按照地熱學的基本規(guī)律，越靠近地球深部，溫度越高，地表往下每走一千米，地球平均大約增溫30℃。因此，可以想見，只要能夠開采得足夠深，地球可以給人類回饋的熱能資源儲量，無疑是巨大的。一個學界常引用的說法是，地殼中距地表3~10千米深處的干熱巖所蘊含的能量，相當于全球石油、天然氣和煤炭所蘊藏能量的30倍。
德國卡爾斯魯厄理工學院教授、地球科學研究所地熱能部門主席托馬斯·科爾告訴《中國新聞周刊》，距地表3千米以下的地殼，主要由火成巖和變質(zhì)巖組成，它們的特點是有足夠的溫度，但缺乏孔隙，這些巖體并不是真的“干”，流體含量只是不夠。比起溫泉、地熱水井這類地熱形式，干熱巖型地熱資源，占據(jù)了絕大多數(shù)地球熱能。
1970年代的美國，正值遭遇全球石油危機時期，對干熱巖的開發(fā)，也就從那時的美國開始。目前為止，全球已經(jīng)開展了約64個干熱巖實驗或開采項目。
中國的干熱巖調(diào)查工作，是從“十二五”期間正式開始的，這與當時中國開始重視霧霾治理、改善大氣環(huán)境的背景密不可分。因為干熱巖如果可以大規(guī)模開發(fā)和應(yīng)用，將是一種資源含量非常巨大的可再生清潔能源。
干熱巖將來主要的用途是發(fā)電。由于干熱巖的溫度很高，發(fā)電過后的尾水還能達到70~80攝氏度，相當于普通地熱水，能再次用于供暖、制冷。干熱巖不僅體量巨大，而且，用于發(fā)電幾乎是零排放，又比風能、水能等清潔能源更加穩(wěn)定，不受氣候影響。文獻還指出，一處干熱巖發(fā)電站使用大約20年后，巖體溫度會下降，不能繼續(xù)使用，但是地心巖漿會再次“加熱”這些巖石，幾十年過后，熱能便可再次利用。
2012年，“863”項目“干熱巖熱能開發(fā)與綜合利用關(guān)鍵技術(shù)研究”立項，拉開了干熱巖尋找與技術(shù)研究的序幕。2014年10月，中科院地質(zhì)與地球物理研究所對青藏高原共和盆地兩處勘探孔地熱溫度做了測試，發(fā)現(xiàn)地下2880米處，花崗巖體溫度達到181℃，是中國首次探明的干熱巖資源。
中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所研究員王貴玲等人于2012年發(fā)表在《地球?qū)W報》的文章便進行過儲量估算，給出的結(jié)果是：中國大陸3～10千米深處的干熱巖資源，相當于860萬億噸標準煤，按2％的可開采資源量計算，相當于當時中國能源消耗總量的5200倍。
干熱巖因此被認為是未來煤炭、石油等化石能源枯竭后，最具潛力的戰(zhàn)略接替能源。根據(jù)王貴玲等人2020年發(fā)表的論文《中國地熱資源現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢》，中國現(xiàn)在已經(jīng)圈定了12處干熱巖勘探點，開展開發(fā)實驗，并追蹤國外技術(shù)。
2019年，河北省煤田地質(zhì)局組織的干熱巖勘查項目稱，在唐山市馬頭營3965米深度，鉆獲了京津冀地區(qū)埋藏最淺的干熱巖，估算4500米以淺、195平方公里范圍內(nèi)，遠景資源量折合標準煤為78億噸。2021年年中，該項目開展了干熱巖試驗性發(fā)電。
2022年1月，江蘇泰州“蘇熱1井”干熱巖項目開始進行壓裂試驗，該項目由江蘇省自然資源廳投入4630萬，是江蘇第一個干熱巖預(yù)查驗證孔。據(jù)泰州地區(qū)初步估算，其干熱巖資源含量折合標準煤196萬億噸。
龐忠和參與了許多國家地熱能相關(guān)的戰(zhàn)略規(guī)劃和標準制定，這兩年，他感到干熱巖得到的關(guān)注越來越多了。2020年，是中國“碳中和”元年，地熱作為五大非碳基能源之一，得到了更進一步的重視。2021年，在中科院重大咨詢項目“中國碳中和框架路線圖研究”中，干熱巖的開發(fā)就是專題內(nèi)容之一，與地熱能開發(fā)有關(guān)的高層會議也不少。
王貴玲曾在接受媒體采訪時將干熱巖開發(fā)比喻為“給地球安裝插頭”，如果能夠成功地裝上這個插頭，唾手可及、源源不斷的能源將不再是妄談。
儲量不都等同于資源
近些年，很多人找到龐忠和，問他，想投資干熱巖，應(yīng)該去哪兒開采？他通常會跟對方說：你先別考慮投資了，風險太大，有可能血本無歸。
并不是人們想象的那樣，隨便在地球上選一個點，往深處鉆探，就能得到干熱巖。龐忠和說，按照定義，溫度在180℃以上，巖體含水量特別少或不含水，在現(xiàn)今的技術(shù)、經(jīng)濟條件下能夠開發(fā)利用的地熱能，才能被稱為干熱巖資源。
他強調(diào)，如果溫度沒有達到180℃，開采不可能劃算，而最后一條，能夠開發(fā)利用也很重要，否則就不能被稱為資源。往深處鉆井，普遍能找到地熱。人們都知道地心溫度超過6000℃，但是不可能被利用。前幾年，松遼盆地的一處勘探井，在7018米深處發(fā)現(xiàn)了240℃的高溫地熱，龐忠和說，這不叫干熱巖資源，因為太深了，不可能開發(fā)。當不具備經(jīng)濟或者技術(shù)的可行性時，談多少儲量，也就沒有意義。
干熱巖的分布并不一定是同一深度，因此，地下3千米還是4千米，只是一個大概范圍；即便同一深度，地質(zhì)構(gòu)造、巖體溫度也是千差萬別，學界稱之為“開采條件評價”。
龐忠和說，在美國西部，兩千米以下的地殼，地熱就能達到200℃。但在中國，在華北、東北、東南沿海等區(qū)域，要達到180℃，普遍要鉆井達到6千米，這就超出了當前技術(shù)可以開發(fā)、成本可以承受的范圍。山東省的干熱巖，就屬于這種埋藏條件。
因此，對于山東聲稱“可供全省使用38年”的干熱巖能源，龐忠和看了該區(qū)域地下溫度分布曲線之后發(fā)現(xiàn)，其地熱溫度來自于局部斷裂的地質(zhì)構(gòu)造，該斷裂把深部的熱能通過熱水帶到淺部，使得地殼淺部出現(xiàn)一段異常的高溫，但是再往深處開采，溫度并不會在這個異常高溫值基礎(chǔ)上繼續(xù)增加。
從資源勘探的角度來說，位于青海的共和盆地是中國目前干熱巖開采條件最優(yōu)質(zhì)的地方。龐忠和說，這里大約地下4千米的深度，地熱溫度能達到200℃，再繼續(xù)往深部走，溫度也隨之增高，大約每一千米能增加45℃。2010年之后，全球新啟動的10個干熱巖開發(fā)項目中，青海共和項目也是備受關(guān)注的一個。但能否實現(xiàn)商業(yè)化開采，則是另外一回事。
2003年，位于澳大利亞庫珀盆地的干熱巖開發(fā)項目立項，體量屬于全球最大。該項目在4千米深處，能鉆獲的地熱溫度達到250℃，但由于鉆井難度大和出口處蒸汽高溫不能有效維持，迄今為止一直沒有實現(xiàn)商業(yè)化，政府也不愿再出資。
在歐洲，位于法國的蘇爾茨項目，由德國、法國、英國聯(lián)合開展，是目前為止，全球最成功并穩(wěn)定商業(yè)發(fā)電的干熱巖開發(fā)項目。蘇爾茨項目有4口鉆探井，在5千米的深度，獲得的溫度為200℃。不過，龐忠和告訴《中國新聞周刊》，這個項目的投入和產(chǎn)出是很不劃算的。歐盟為其注資了上億歐元，但該項目現(xiàn)在加起來的能源出力，大約是兩個兆瓦。
尚沒有出現(xiàn)顛覆性的開發(fā)技術(shù)
2010年，龐忠和參加了中國科學院院組織的“中國能源路線圖2050”制定工作，關(guān)于深層地熱能的開發(fā)，包括干熱巖，預(yù)計工程化的時間節(jié)點是2035年。現(xiàn)在看來，這個時間線的判斷是基本合理的，龐忠和說，目前這個領(lǐng)域并沒有出現(xiàn)顛覆性的技術(shù)。
開發(fā)干熱巖的技術(shù)被稱為增強型地熱系統(tǒng)（EGS），是指通過水力壓裂等工程手段在干熱巖體中形成人工地熱儲層，采出大量熱能的人工地熱系統(tǒng)。儲層是油、氣、水等物質(zhì)儲集和流動的巖層空間。
美國曾將EGS技術(shù)列為最為重要的新能源技術(shù)之一，開始進行研究。但干熱巖項目的“鼻祖”，1973年在美國新墨西哥州開展的芬頓山項目，最終也因經(jīng)費、技術(shù)等問題被迫停止。
龐忠和介紹，地熱的開發(fā)利用，就是跟地球進行換熱，這個過程如果用流體進行，會比沒有流體的傳導(dǎo)式換熱，效率至少高3~5倍。因此現(xiàn)在的地熱開發(fā)，主要是通過抽水把熱能帶上地表來，成本才經(jīng)濟劃算。而在地表4千米往下，地球的裂隙愈小，物質(zhì)結(jié)構(gòu)越緊密，基本上含水量特別低，不具備水熱型地熱開發(fā)的條件。
除了深部鉆探、壓裂的高昂成本與技術(shù)困難，另一方面，干熱巖的開發(fā)還會因為不時誘發(fā)地震，成為開發(fā)干熱巖時的一個重大安全問題。龐忠和說，因為壓裂巖體時需要施加巨大的力量，對天然的應(yīng)力場有比較明顯的改變，再加上干熱巖開發(fā)本身就偏愛有天然裂隙構(gòu)造的地方，人工活動會讓裂隙活化，兩種情況都可能導(dǎo)致地震。
在瑞士第三大城市巴塞爾，市中心有一口廢棄的鉆探井，是這里曾經(jīng)試圖開發(fā)干熱巖留下的痕跡。龐忠和曾造訪過，他說，2004年左右，項目的壓裂過程誘發(fā)了微小地震，最大震級約有3.5級，引發(fā)了周邊居民的不滿。他們起訴開發(fā)商，最后，以開發(fā)商賠償幾百萬歐元、項目破產(chǎn)而告終。
不過，即便干熱巖的開發(fā)仍然處在非常初級的階段，科學家們認為，對于這種高難度能源開采的探索，能夠為地熱能的全面開發(fā)，奠定通用的關(guān)鍵技術(shù)。例如，將EGS技術(shù)應(yīng)用到淺一點的地層，比如說4千米以上的中深層，將原有的巖體裂隙增加、擴大，就能加大流體循環(huán)效率，能夠置換出更多熱源，學界稱之為“人工增強”。
龐忠和舉例，世界上最大的地熱電站位于美國西部加利福尼亞州北部的蓋瑟斯鎮(zhèn)，過去大約有500兆瓦的發(fā)電能力，得益于這套人工增強技術(shù)，再抽取附近的湖泊水進行熱交換，一下子將裝機容量提高到750兆瓦，效率增加了大約40%。
“人類早已能夠登上月球，但對地下的探索卻很少。”曾經(jīng)在2007年~2013年期間擔任過法國蘇爾茨項目科學主管的艾伯特·讓泰說，可能在地殼更深處，就有天然儲層和地熱水，只是目前的技術(shù)還無法探測到。多位業(yè)內(nèi)學者也表示，這個領(lǐng)域的技術(shù)開發(fā)和實驗，現(xiàn)在得到的投入和關(guān)注卻不夠。
也許再過5年、10年，當行業(yè)有了顛覆性的技術(shù)創(chuàng)新，使得鉆探成本能比現(xiàn)在降低1/2或者1/3時，干熱巖就能大規(guī)模開采了。在此之前，龐忠和認為，對地熱能的商業(yè)化投資，應(yīng)該立足于淺層和中深層現(xiàn)實可行的資源，而不是好高騖遠地追求干熱巖，甚至刻意追求概念噱頭和標新立異。
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